Текст книги ""Полдень, XXI век", 2010, № 08"

Автор книги: Наталья Резанова

Соавторы: Антон Первушин,Александр Житинский,Павел (Песах) Амнуэль,Виталий Забирко,Антон Тудаков,Лев Гурский,Глеб Гусаков,Полдень, XXI век Журнал,Макс Квант,Н. Романов
сообщить о нарушении

Текущая страница: 11 (всего у книги 12 страниц)

Антон Первушин
Эволюция номер два
(Очерк из цикла «Угрозы будущего»)

Верующие люди убеждены, что всё живое на Земле создал Бог и только ему принадлежит право на то, чтобы «вдыхать» жизнь в мертвую материю. Однако с возникновением цивилизации человек неоднократно бросал вызов Создателю, претендуя на то, чтобы сравниться с ним по мощи и возможностям. В начале XXI века мы вплотную подошли к границе, после пересечения которой можно будет говорить о наступлении новой эры в человеческой истории. Наши ученые и в самом деле уподобятся богам, «запустив» новую эволюцию существ, которые, возможно, никогда не возникли бы на планете без человеческого вмешательства.

Первым человеком, вознамерившимся создать живое из неживого, считается известный европейский алхимик Альберт Великий. Об этом существует свидетельство его ученика – крупнейшего католического философа Фомы Аквинского. Фома рассказывал, как однажды он навестил своего учителя. Дверь ему открыла незнакомая служанка, двигавшаяся странными замедленными рывками и говорившая столь же замедленно, с паузами между фразами. Будущий философ испытал чувство сильного страха в ее обществе. Страх оказался столь велик, что вызвал приступ агрессии – Фома Аквинский набросился на служанку и несколько раз ударил посохом. Служанка упала, и из нее вдруг высыпались какие-то механические детали. Выяснилось, что женщина была искусственным существом (андроидом), над созданием которого Альберт Великий работал в течение тридцати лет.

В то же самое время над сотворением искусственного человека бился испанский алхимик Арнольд де Вилланова, чьи достижения позже использовал Парацельс, создавший подробный рецепт выращивания гомункулуса. В своей работе «О природе вещей» Парацельс написал: «Много споров шло вокруг того, дали ли природа и наука нам в руки средство, с помощью которого можно было бы произвести на свет человека без участия в том женщины. По-моему, это не противоречит законам природы и действительно возможно…»

Рецепт Парацельса по производству гомункулуса таков. Первым делом необходимо поместить в колбу-реторту свежую человеческую сперму, затем запечатать сосуд и закопать его на сорок дней в конский навоз. В течение всего периода «созревания» гомункулуса надлежит непрестанно произносить магические заклинания, которые должны помочь зародышу обрасти плотью. По истечении этого срока колба открывается и помещается в среду, температура которой соответствует температуре лошадиных внутренностей. Сорок недель маленькое существо, родившееся в колбе, нужно ежедневно подпитывать небольшим количеством человеческой крови.

Парацельс заверял, что если всё сделать правильно, на свет появится младенец, который затем вырастет до нормальных размеров и будет отвечать на самые сокровенные вопросы бытия.

В оккультной литературе того времени имелись и другие технологии изготовления гомункулуса, но все они так или иначе перекликались с рецептом Парацельса, отличаясь от него лишь деталями.

Выращивание гомункулусов считалось не только трудным, но и опасным занятием, потому что неверные действия могли породить ужасное чудовище. Угроза исходила и со стороны Церкви, которая запрещала под страхом смертной казни производить человека неестественным образом. Но тяга к «высшему знанию» для алхимиков всегда была сильнее церковных догматов: то и дело находились храбрецы, заявлявшие, что они покорили неодушевленную природу.

«Синтетическая» биология

Первыми к созданию реальных, а не мифических «чудовищ из пробирки» подошли генные инженеры, которые предполагают получать нужные нам виды животных и растений, не дожидаясь милостей от природы.

На основе их многолетних разработок по усовершенствованию живых существ путем подбора новых генетических комбинаций возникла молодая наука – «синтетическая» биология.

«Синтетические» биологи определяют три главные цели новой научной дисциплины следующим образом.

Во-первых, они стремятся узнать о жизни как можно больше, строя ее из атомов и молекул, а не разбирая на части, как делалось раньше.

Во-вторых, они предполагают сделать генную инженерию достойной ее названия – то есть превратить из искусства одиночек в строгую научную дисциплину, которая непрерывно развивается, стандартизируя предыдущие искусственные создания и повторно комбинируя их, чтобы делать новые и всё более сложные живые системы, которых раньше не существовало в природе.

В-третьих, в самой дальней перспективе предполагается стереть границу между живыми существами и машинами, чтобы прийти к «киборгам» – программируемым организмам.

Практических приложений у новой науки может быть неограниченное количество. Например, она открывает путь к созданию специальных микробов, которые буквально из мусора производили бы сложные и дефицитные лекарства, чем резко снизили бы их себестоимость. А можно, например, создать биодетектор мин: геномодифицированные бактерии распыляют на местности, и там, где есть тротил в почве (а он неизбежно просачивается из мины наружу), бактерии синтезируют особый флуоресцентный белок, который светится в темноте, указывая местоположение смертельной угрозы. Схожие бактерии можно использовать в медицинской диагностике.

При этом, что примечательно, адепты синтетической биологии намерены прийти к такому положению вещей, когда любой нужный организм создавался бы набором стандартных генетических последовательностей – как детский домик из кубиков. Сама технология должна походить на сборку электронной схемы из серийных транзисторов и диодов. Человек, собирающий принципиально новую схему, даже не обязан понимать, как эти детали устроены, – ему достаточно знать характеристики используемой детали: что имеем на входе и что получаем на выходе.

Сейчас в Массачусетском технологическом институте создали и систематизировали уже более 140 фрагментов ДНК (под этой аббревиатурой понимают дезоксирибонуклеиновые кислоты, несущие в себе генетическую информацию). Зная заранее характеристики этих «кубиков», ученый может произвольно соединять их, программируя отклик живого на те или иные химические сигналы.

«Машина эволюции»

Быстрое развитие новой науки тормозится одной проблемой. Поместив сконструированную ДНК в некую клетку, ученые заставляют взаимодействовать новые последовательности с теми, что имеются у исходной клетки, – в результате большинство «кубиков», которые пробовали внедрять в генетический код клетки, просто убивали ее. А ведь именно клетка должна обеспечивать жизнь искусственной ДНК, ее копирование и распространение…

Созданием «машины эволюции», которая решит многие из проблем, стоящих перед «синтетическими» биологами, занялась американская корпорация «LS9».

На первом этапе была поставлена задача построить эффективный биореактор, который прямо превращал бы бытовые отходы в эффективное топливо для транспорта. Его проект разрабатывается группой ученых под руководством Джорджа Чёрча – профессора генетики из Гарварда.

Тут следует отметить, что микроорганизмы обладают массой преимуществ в качестве синтезаторов горючего и других полезных смесей. Микробы очень быстро размножаются и неприхотливы, но есть серьезная проблема: нам не известны бактерии, которые «гнали» бы искусственный бензин. Необходимо подкорректировать геном какой-нибудь бактерии так, чтобы она выдавала требуемые вещества в качестве продукта своего метаболизма. К примеру, генетики уже научили кишечную палочку синтезировать пластмассу.

Конечно, у ученых имеются различные варианты коррекции генома, которые сдвигают биохимические реакции внутри бактерии в нужную сторону. Но стоит только применить одну из них, как оказываются затронутыми другие цепочки превращений, сразу возникают побочные эффекты. Биологам приходится действовать методом проб и ошибок, проверяя получающиеся организмы на полезный выход целевого соединения и на его жизнеспособность. Добавляют в геном один ген, дают бактериям размножиться – анализируют результат.

Этот процесс занимает слишком много времени и сил. Таким путем желаемый штамм можно искать годами. Разработка Джорджа Чёрча сокращает этот срок до нескольких дней.

Чёрч с товарищами применили оригинальную технологию MAGE (Multiplex-automated genomic engineering – Умноженно-автоматизированная генная инженерия). В ее основе устройство, которое уже назвали «Машиной эволюции». Оно позволяет проводить с бактериями одновременно по 50 искусственных генетических изменений, то есть апробировать на микробах по полсотни экспериментальных генетических кодов за раз.

Работает это так. Сначала ученые готовят пятьдесят коротких цепочек ДНК, представляющих собой один и тот же участок генома бактерии, но с пятьюдесятью разными вариациями, способными повлиять на синтез определенного фермента или белка. Эти пятьдесят цепочек помещают вместе с бактериями в специальную машину, в которой смесь подвергается определенным температурным воздействиям и в которой запускается цепочка реакций, приводящих к встраиванию привнесенного участка кода в геном бактерий. С каждым поколением микробов в них насчитывается всё больше и больше экземпляров с измененным геномом – через несколько поколений все бактерии в машине «впитывают» необходимые генетические изменения.

Первые же опыты ошеломляют. Так, всего за три дня был синтезирован штамм бактерий, которые производили антиоксидант впятеро интенсивнее собратьев. В новичках, как выяснилось, «заработали» 24 генетических изменения, на поиск сочетания которых традиционным способом исследователи потратили бы год.

Теперь силы брошены на поиск идеальных «топливных» микроорганизмов. Руководство корпорации «LS9» уверено, что массовое «бактериальное» топливо будет вчетверо дешевле классической солярки.

На следующем этапе предполагается создать модифицированные микроорганизмы, которые смогут вырабатывать питательные вещества или лекарства прямо из мусора.

Сделать инопланетянина

«Машина эволюции» пока еще не способна создать принципиально новую жизнь – она только ускоряет ход мутаций, добиваясь от микроорганизмов нужных нам свойств, которые предопределяются изменениями в существующих генетических цепочках. Совсем другое дело – попытаться на основе общетеоретических соображений сконструировать организм, который вообще не имел бы ничего общего с земной эволюцией и биологией. Это был бы настоящий Акт Творения.

В 2002 году ведущие американские специалисты в области генетики Крейг Вентер и Хамильтон Смит объявили о планах по созданию новой формы жизни в лабораторных условиях. Вопреки существующим научным традициям, они посчитали нужным предупредить администрацию США о своем проекте до его начала, поскольку результат эксперимента может быть использован вражескими государствами или террористами для разработки биологического оружия.

Пока политики обдумывали, как избежать угрозы для национальной безопасности, Вентер и Смит приступили к эксперименту, на осуществление которого Департамент энергетики выделил три миллиона долларов.

Тут стоит отметить, что в 1978 году Смит получил Нобелевскую премию в области физиологии и медицины. А к Вентеру слава пришла после того, как он развил новый метод исследования цепочки геномов, который значительно ускорил процесс выявления ряда ДНК. Теперь же ученые вознамерились создать одноклеточный организм с минимальным количеством генов, необходимых для жизни, и способный в дальнейшем питаться и делиться.

В качестве материала для работы они выбрали микроорганизм Mycoplasma genitalium, который вызывает инфекцию половых органов и, в частности, воспаление уретры. Он способен к самовоспроизводству и имеет наименьшее число генов из всех известных нам живых существ. При проведении опытов выяснилось, что для выживания ему хватает около 300 генов из его 517 (для сравнения: у человека насчитывается около 20 тысяч генов).

Вентер и Смит планировали полностью извлечь из микроорганизма его генетический материал, затем синтезировать искусственную цепочку генов, напоминающую природную хромосому. Она будет содержать минимальное количество генов Mycoplasma genitalium, необходимое для поддержания жизни. Эту хромосому поместят в лишенную собственной ДНК клетку, чьи способности в плане выживания и воспроизводства затем и намерены изучать.

Год назад общественности было доложено о промежуточных результатах. Институт Крейга Вентера объявил о синтезе самой длинной в мире рукотворной ДНК, содержащей 582 970 пар оснований, которые полностью соответствуют геному бактерии Mycoplasma genitalium (для сравнения: ДНК человека состоит из трех миллиардов пар). Причем ученые не размножили или скопировали готовый «код», а выстроили весь набор с нуля – из простых химикалий, от неживой материи к живой. Таким образом, первый серьезный шаг на пути к полностью искусственному организму сделан.

Совсем уж необычным путем пошел Стивен Беннер из американского Фонда прикладной молекулярной эволюции. Известно, что основой всего живого на Земле являются четыре азотистые основания молекулы ДНК: аденина (А), гуанина (G), цитозина (С) и тимина (Т). Двадцать лет Беннер занимался поиском иных «кирпичиков» жизни, и вот теперь подвел итог исканий: ему удалось синтезировать еще восемь совершенно иных оснований, названных Z, Р, V, J, Iso-C, Iso-G, X и К. Вместе с четырьмя традиционными они составили 12-буквенный «алфавит», способный записывать генетическую информацию усложненного вида.

Следующим шагом стало доказательство способности чуждых ДНК к воспроизводству. Увы, пока оно не идет полностью самостоятельно – ученому приходится стимулировать и подправлять процесс. Однако уже можно увидеть чужую эволюцию в действии – при копировании исходного генетического кода время от времени в новом ДНК получались ошибки, иногда эти ошибки приводили к появлению ДНК, которые собирались быстрее и легче, чем первоначальные, через некоторое время в растворе количество этих новых кодов росло, они начинали захватывать больше исходных соединений для своего воспроизводства, «включился» естественный отбор. Получается, что в пробирке Стивена Беннера появилось нечто, предшествующее жизни, да еще и совершенно чуждой всему, что нас окружает.

Сам Беннер считает, что еще пара лет, и его команде удастся добиться самовоспроизведения синтетических ДНК.

«Это и будет искусственная жизнь», – резюмирует ученый, претендующий на роль нового Творца.

Уютный биотерроризм

Успехи генной инженерии и появление всё более простых и дешевых технологий по работе с микроорганизмами заставили встревожиться тех ученых, которые помнят, что наука зачастую приносит не только блага, но и бедствия.

Простейшее исследование показало, что один толковый лаборант с небольшим набором правильно подобранных ресурсов может изготовить биологическое оружие со смертоносной мощью, не уступающей атомной бомбе. Эра генетических чудес может обернуться эрой генетического терроризма.

Это исследование провели два молодых специалиста: инженер-сетевик Пол Боутин и генетик Роджер Брент из Калифорнийского института молекулярных наук.

Для начала эти двое вошли в Интернет и поинтересовались стоимостью ДНК-синтезаторов. Оказалось, что это редкое оборудование вполне доступно: на одном сетевом аукционе ДНК-синтезатор «ABI 394s» идет за пять тысяч долларов, в другом месте модель «ABI 3900» стоит 43 тысячи долларов.

Однако аппаратура – это не самая большая статья расхода генетических террористов. ДНК-синтезаторы сходны со струйными принтерами – они собирают генетическую последовательность из реактивов, содержащих основания ДНК. Таким образом, четыре вида нуклеотидов для такой машинки – это вроде четырех красок в картриджах. Сами «краски», то бишь основания ДНК, стоят намного дороже. Пол Боутин пишет в отчете, что единственная пара оснований стоит примерно один доллар, а чтобы собрать, например, геном оспы, нужно закупить сырья на 200 тысяч долларов. Далее следует добавить расходы на штат, помещение и мелкий инструментарий.

Роджер Брент оценивает общие затраты в пару миллионов долларов, что вполне по силам террористической группе средней руки, однако при этом добавляет, что буквально на пустом месте вирус оспы смог бы искусственно воссоздать сообразительный и грамотный биолог-аспирант с несколькими подручными.

Злоумышленнику остается найти нужную ему генетическую последовательность. Как это сделать? Опять же через Интернет – только нужно знать, где конкретно искать.

Примечательно, что уже сейчас существует немало мелких биотехнологических фирм, которые синтезируют генетические последовательности по заказу и высылают их клиенту почтой. Таким образом, можно еще упростить работу, заказав некоторые компоненты нужного кода у добропорядочного и ничего не подозревающего «субподрядчика».

В показательном опыте Боутин под руководством сотрудников Брента собственными руками заставил флуоресцировать обычные пивные дрожжи, «привив» им фрагмент кода медузы.

Изготовление вируса оспы, говорит биолог, конечно, было бы куда более сложным и долгим делом. Но и прогресс в генной инженерии не стоит на месте.

Другой американский ученый Роб Карлсон прогнозирует, что примерно в течение десятилетия производство биологического оружия с нуля станет столь же простым и дешевым делом, как создание Интернет-сайта. Что дальше?..

Готовность номер ноль

Российские генетики пока отстают от своих американских коллег. Однако это не снимает наличие прямой и явной угрозы России – ведь существует достаточно террористических групп, которые хотели бы применить оружие массового поражения против ее граждан с целью посеять панику и хаос. По отдельным направлениям наша страна является даже более привлекательной целью, чем США.

В этой связи нашим властям следовало бы принять ряд превентивных мер, направленных на предотвращение террористических актов с применением биотехнологического оружия. В качестве образца можно использовать политику, проводимую в данной области правительством США, которое вовсе не считает угрозу внезапной биологической атаки мифической или преувеличенной.

Еще в 1990 году в Штатах было принято антитеррористическое законодательство в связи с угрозой биоатаки – оно предусматривает наказание (от штрафа до пожизненного тюремного заключения) за использование или намерение использовать биологическое оружие. Затем, выступая в Академии ВМС США в Аннаполисе 22 мая 1998 года, Билл Клинтон объявил о разработке администрацией всеобъемлющей стратегии борьбы с биотерроризмом.

Эта стратегия включает четыре основных направления действий.

Первое – в случае боевого применения террористами бактерий или вирусов с целью нанесения ущерба американским гражданам США должны быть в состоянии быстро и точно идентифицировать патогены. Президентский план предусматривает совершенствование и развитие систем здравоохранения и медицинского наблюдения (диагностики) во взаимосвязи с системами экстренного оповещения о биоугрозе.

Второе – персонал чрезвычайного реагирования должен быть подготовлен и технически оснащен адекватно угрозе на всех уровнях: федеральном, штатном и местном.

Третье – США должны создать беспрецедентный гражданский запас медикаментов (лекарств и вакцин) на основе оценок возможного спектра патогенов, которыми могут обладать террористы, для лечебной и профилактической вакцинации населения в случае применения биооружия.

Четвертое – учитывая, что революция в биотехнологиях открывает большие возможности для защиты от биооружия, по президентскому плану предполагается обеспечить скоординированные исследовательские усилия различных ведомств. На этой основе, опираясь на биотехнологические успехи генной инженерии, будут созданы лекарства, вакцины и диагностический инструментарий следующего поколения для эффективной борьбы с последствиями бионападения.

Разумеется, Россия всячески поддерживает усилия США и международных организаций по предотвращению производства и распространения биологического оружия. Принята программа под названием «Национальная система химической и биологической безопасности Российской Федерации (2009–2013 годы)», в рамках которой предполагается «осуществить модернизацию и техническое перевооружение 8 учреждений; провести научно-исследовательские работы по 27 мероприятиям, в том числе разработку новых средств и методов диагностики, профилактики и лечения опасных инфекционных болезней: грипп птиц, оспа, бешенство, клещевой энцефалит, боррелиоз, чума, холера, сибирская язва и другие. Предусматривается выполнение 9 мероприятий, направленных на создание в федеральных округах референс-лабораторий и их оснащение современным оборудованием для мониторинга, индикации, идентификации и типирования возбудителей опасных инфекций, проведение модернизации технической оснащенности и антитеррористической защищенности коллекций патогенных микроорганизмов».

Всё это хорошо, но выглядит как обычная работа по предотвращению развития эпидемий, которая ведется в любой стране. Насколько эти меры окажутся эффективными в случае реальной террористической атаки с использованием биооружия нового поколения, угроза которой возрастает с каждым годом, никто предсказать не может.

Специфику отношения российских официальных лиц к этой угрозе можно проиллюстрировать на недавнем примере. В период, когда весь мир боролся с вспышками «свиного» гриппа, зампред комитета Госдумы по охране здоровья академик Сергей Колесников в беседе с РИА Новости заявил: «Атипичная пневмония Россию обошла, птичий грипп тоже. Ну, а если уж свиной грипп появился в нашей стране, то в этом ничего страшного нет. Если человек боится, то пусть носит на лице маску, <…> но панику разводить не надо».

Остается по примеру нашего государственного санитарного врача Геннадия Онищенко посоветовать согражданам почаще мыть руки с мылом. Авось пронесет.

Список использованных источников и литературы

Американские генетики собираются создать искусственный микроорганизм. – Режим доступа: http:// www.membrana.ru/lenta/7946

Баранов А. Смерть в кухонной кастрюльке / А.Баранов. – Режим доступа: http://forum-msk.org/material/news/924059.html

Биохимики оживили искусственные полимерные цепочки. – Режим доступа: http://www.membrana.ru/articles/inventions/2004/04/01/221200.html

Борьба со свиным гриппом: не паниковать, сидеть дома и мыть руки. – Режим доступа: http:// www.rian.ru/flureview/20090525/172233443.html

В колыбели атомной бомбы рождается новая форма жизни. – Режим доступа: http://www. membrana.ru/articles/global/2005/02/02/200300.html

Власихин В. Новый закон США о борьбе с терроризмом и Билль о правах / В.Власихин // США. Канада: Экономика. Политика. Культура. – 2002. – № 4.

Генетический апартеид: грустные фантазии или реальность? – Режим доступа: http://www.membrana.ru/articles/health/2003/03/04/194600.html

Генетический хакер может создать биологическое оружие у себя дома. – Режим доступа: http:// www.membrana.ru/articles/global/2006/02/22/220500.html

Геном из пробирки обещает миру блага и бедствия. – Режим доступа: http://www.membrana.ru/articles/imagination/2007/10/10/202400.html

Грипп A/H1N1 пока не наследил в России. – Режим доступа: http://www.rian.ru/flu news/20090523/172035157.html

Машина эволюции растит для мира живые синтезаторы. – Режим доступа: http://www. membrana.ru/articles/inventions/2009/03/17/181500.html

Мясом из пробирки можно накормить всё человечество. – Режим доступа: http://www.membrana.ru/articles/global/2005/07/07/203600.html

Небывалая жизнь в колбе намекает на инопланетян. – Режим доступа: http://www.membrana.ru/articles/global/2009/02/17/190400.html

Парнов Е. Крошка-сын к творцу пришел / Е.Парнов. – Режим доступа: http://www.paradoxe.ru/Archive/N11-2001/bylo.html

Первушин А. Чудовища из пробирок завоюют мир / А.Первушин // Секретные материалы XX века. – 2009. – № 9.

Роспотребнадзор развивает национальную систему химической и биологической безопасности России. – Режим доступа: http://www.mma.ru/article/id45538

Самуилов С. ООН, США и борьба с терроризмом / С.Саймулов // Свободная мысль. – 2002. – № 2.

Синтетическая биология: Жизнь 2.0 уже проходит бета-тестирование. – Режим доступа: http://www.membrana.ru/articles/global/2004/09/03/202100.html

Тюленев П. Больше, чем человек? На что способны биотехнологии / П.Тюленев // Мир фантастики. – 2003. – № 1.

Briggs H. Synthetic life 'advance' reported / H.Briggs. – Режим доступа: http://news.bbc.со.uk/2/hi/science/nature/7203186.stm