http://galachem.ru/akcii-i-rasprodazhi/mn_nucleozol-2017/

Биохакеры: молекулярная биология в стиле «сделай сам»

  • 13820
  • 37,7
  • 24
  • 3
Добавить в избранное
В недавнем интервью гуру компьютерной индустрии — Билл Гейтс — признался, что если бы снова был молод, он программировал бы не компьютеры, а живую материю: «Если вы хотите изменить мир по-настоящему, следует начать именно с биологических молекул». На картинке: обложка готовящейся к публикации книги Маркуса Вольсена «Биопанк».
В 21 веке наука — особенно физика, химия, биология — почти никогда не делается одиночками, хотя подлинно гениальные идеи, конечно, и сегодня посещают лишь отдельные светлые головы. Сложность и стоимость оборудования и проводимых на нём экспериментов достигли такого уровня, что преодолеть «порог вхождения» в науку, как правило, под силу только хорошо оснащённым и финансируемым лабораториям. Они же и продуцируют результаты, которым верит мировая общественность, и к мнению которых прислушивается администрация разных уровней. Однако не всем по вкусу мейнстрим — некоторое время назад в молекулярной биологии стала популярной разновидность «дауншифтинга» с самопальными домашними лабораториями и генетическими экспериментами «в свободное время». Нет, имеются в виду не 20 последних лет отечественной науки — речь идет о так называемых биохакерах. Кто же они, сменившие оборудованные по последнему слову техники лаборатории и кресла менеджеров на гаражи с самодельным оборудованием и пробирками?

Говорят, время гениальных одиночек в науке давно прошло — занятие естественными науками неизбежно влечет за собой сложное оборудование, дорогие эксперименты и выстроенную инфраструктуру (в случае молекулярной биологии это бесперебойные поставки реактивов и генетических конструкций, согласованная работа вивария и т.д.). Само собой, по-настоящему революционные идеи, как и сто, и тысячу лет назад, продолжают осенять лишь избранные умы, но проверка гипотезы и доведение исследования до логичного завершения — например, до хорошей публикации — занятие дорогое и чрезвычайно трудоёмкое, вышедшее далеко за пределы возможностей учёного-одиночки. (Про «гениальных» самородков современности, работающих в лаборатории в личных мраморных особняках в паре с политическими воротилами, сейчас говорить не будем.)

Итак, биологические исследования проводятся в университетах и НИИ, а также в коммерческих компаниях биотехнологического и фармацевтического профиля [1]. Но неужели, чтобы внести вклад в науку независимо от выстроенных академических и коммерческих структур, нужно обязательно быть нуждающимся только в карандаше и пачке бумаги математиком, — таким, как знаменитый Гриша Перельман?

Оказывается, в области молекулярной биологии существует движение энтузиастов, стремящихся проводить свои исследования «вне системы». Это сообщество независимых ученых-любителей, проводящих эксперименты в самостоятельно оборудованных домашних лабораториях — кто-то, чтобы проверить свои гениальные идеи, а кто-то — чисто для собственного удовольствия, как это принято говорить у компьютерщиков, “just for fun” (англ. забавы ради). Поскольку корни движения «биохакеров» находятся в Калифорнии, недалеко от Силиконовой долины, их инициативу часто называют «гаражным биотехом». Почему гаражным? Конечно, потому, что американский хай-тек зародился в гараже, подобно тому, как вся русская литература второй половины ХIХ века вышла из гоголевской шинели!

Хакерская этика

В большинстве случаев в среде, далёкой от компьютеров, хакерами называют высокотехнологичных хулиганов и преступников, «взламывающих» компьютерные сети с целью наживы или просто ради спортивного интереса. На самом деле, это не так; для профессиональных «взломщиков» существует специальный термин: крэкеры.

Несмотря на то, что хакеры и сами не могут дать четкого определения своему имени, аура этого наименования рисует в нашем воображении программиста или специалиста по «железу» крайне высокого уровня, виртуозно владеющего предметом и досконально разбирающегося в тонкостях и особенностях работы компьютерных систем. В более широком смысле, хакер — это эксперт и энтузиаст в любой технической или научной области, высоко ценящий нестандартное мышление и способность изящно решать сложные и нетипичные задачи.

Субкультура хакеров выпестовала своеобразный кодекс поведения по отношению друг к другу и систему ценностей, в которой особое место занимает тяга к знаниям и способность решать сложнейшие практические задачи. При этом в среде хакеров принято ценить время и «не изобретать велосипед», делясь своими достижениями с сообществом и всем миром в виде свободных и/или открытых программ.

Одними из самых известных хакеров являются Линус Торвальдс — создатель открытого ядра Linux — и Ричард Столлмэн — основатель концепции свободного программного обеспечения (open source).

История биохакеров началась с американского аспиранта-физика Роба Карлсона (Rob Carlson), резко поменявшего область исследований после защиты диссертации в Принстонском университете в 1997 году. Случайно в поезде он разговорился с нобелевским лауреатом Сиднеем Бреннером, который пригласил его заняться биологией в собственный Институт молекулярных исследований (Беркли, Калифорния). Осваивая молекулярно-биологические методы в коллективе биологов, физиков и инженеров, Роб невольно сравнивал передний край биологических исследований, на котором он оказался, с субкультурой патлатых хакеров-энтузиастов, за 25 лет до того произведших буквально по соседству революцию в области персональных компьютеров. Его не отпускала навязчивая идея, что, возможно, биотехнология, сделай её доступной широким массам любителей и энтузиастов, тоже породит революцию и даже новую субкультуру «гаражной биологии», тем более, что бóльшую часть оборудования (б/у, конечно) можно купить с ощутимой скидкой через интернет.

В своем эссе 2005 года [2] Карлсон развивает идею любительской науки и её принципиальной доступности независимым исследователям. Чтобы не быть голословным, он решил организовать такую лабораторию у себя дома. Для чистоты эксперимента он не стал ничего тащить из лаборатории, и первое его оборудование было — подержанные микропипетки и центрифуга, купленные на сайте eBay. Последователей идеи независимого научного поиска оказалось неожиданно много — профессионалы, ведущие на дому собственный проект, и любители, впервые взявшиеся за пипетку, начали объединяться в организацию DIY-bio (от англ. «Do it yourself» [аналогично советскому «сделай сам»]). Они покупают через интернет б/у и списанное лабораторное оборудование, делают из десятидолларовых веб-камер микроскопы и вместо серийных термостатов используют для инкубации генно-модифицированных бактерий собственные подмышки, поддерживающие температуру 37 °C совершенно бесплатно. Кое-где в США биохакеры создали небольшие «центры коллективного пользования», где за небольшую плату можно пользоваться различным оборудованием, не разоряясь на приобретение оного в собственность. Кроме того, в Америке и раньше были похожие случаи — например, если ученый хотел запатентовать что-то независимо от своей компании, он письменно указывал в качестве места проведения всех исследований личный гараж!

Лаборатория на диване в гараже. Гараж — колыбель американского хай-тека и креатива. И хотя машиноместа в России сложно себе представить в аналогичной роли, продолжим использовать эту метафору для обозначения подсобного помещения, в котором при желании можно своими руками соорудить молекулярно-биологическую лабораторию, закупив всё необходимое на интернет-барахолке (стоимость доставки и таможенные расходы не включены).
Чтобы снизить стоимость «гаражных» лабораторий, биохакеры вынуждены импровизировать: делать десятидолларовый микроскоп из веб-камеры, переставив линзу, собирать центрифугу за 80 $ из запчастей, использовать вместо инкубатора для роста бактерий на 37 °C собственную подмышку и др.
Впрочем, энтузиазм не должен идти во вред безопасности «домашних работ»: следует помнить, что некоторые операции необходимо выполнять под вытяжкой, даже если такого рода громоздкое оборудование просто не может стоить дешево. Картинка из [6].

Конечно, большинство отзывается о движении биологов-любителей скептически, не допуская той мысли, что кому-то дома может понадобиться термоциклер или центрифуга. В принципе, эти сомнения понятны, да только на ум приходят слова одного из воротил компьютерного мира конца 1970-х Кеннета Олсона: «Я не знаю, зачем кому-то дома может понадобиться компьютер». Излишне говорить, что 30 лет спустя его высказывание воспринимается не иначе как прикольный афоризм.

И правда — пока вряд ли стоит всерьез ожидать крупных научных прорывов, совершенных биологами-самоучками на собственной кухне: гений всё же скорее склонится к работе в «нормальной» лаборатории, где возможностей для научной самореализации в любом случае намного больше. Однако здесь важно в первую очередь другое — это креативное подтверждение хакерских принципов (см. врезку) применительно к современным биологическим исследованиям, а также посев в души, замутненные килобаксами корпоративных ценностей, стремления к знаниям и научному образу мысли, совершенствующему моральный облик человека независимо от конкретной профессии и рода занятий.

В фантазии биохакерам не откажешь: например, Мередит Паттерсон (Meredith Patterson), программистка из Сан-Франциско, прославилась тем, что создала светящийся в темноте йогурт, встроив в геном кисломолочных бактерий флуоресцентный белок [3]. Другие биохакеры занимаются изучением собственного генома, и даже проводят небольшие клинические исследования в надежде разыскать корни какого-нибудь заболевания. «Геномный блоггер» Dienekes ошарашил одного аспиранта, опубликовавшего в интернете свой отсеквенированный геном, отыскав в последовательности ДНК доказательства его еврейского происхождения и выложив об этом отчет [4]. Несколько групп занимаются тем, что пытаются создать формулу перспективного биотоплива, решившего бы в будущем проблему энергетического кризиса. Наконец, ещё пара тусовок разрабатывает «опен-сорсные» (от англ.open source”) лабораторные приборы, например такие как ПЦР-машины, делая их максимально дешёвыми и простыми в обращении, и даже публикуют инструкции по самостоятельной сборке этих агрегатов. Всё это делает движение биологов-любителей ближе к народу и повышает популярность этого хобби, столь непохожего на приземленные и меркантильные увлеченьица большинства людей.

OpenPCR: «опен-сорсный» ДНК-амплификатор. Двое «гаражных биохакеров» из Калифорнии — Тито Янковски (Tito Jankowski) и Джош Перфетто (Josh Perfetto) — задались целью выпустить один из самых распространенных в молекулярно-биологической лаборатории приборов в формате «сделай сам». Основной идеей была максимально низкая цена аппарата, состоящего в основном из общедоступных компонентов: фанерный корпус, блок питания мини-ATX от компьютера, термоэлемент, простейшая электроника для подключения к компьютеру. Инструкции по изготовлению, согласно идеологии открытого доступа к информации, опубликованы в интернете, так что при особом упорстве можно даже, не покупая набора «сделай сам», изготовить аналог.
Кстати, начальное финансирование OpenPCR получил через популярный у биохакеров сайт kickstarter, предназначенный для сбора денег «всем миром» на всякие креативные начинания. Заявленную сумму — 6000 $ — проект набрал за 10 дней, а к концу сборов эти деньги, пожертвованные вдохновленными идеей пользователями со всего мира, удвоились.

Движение DIY-bio воплощает идею «открытой науки», подразумевающую свободный обмен информацией, публикациями, материалами и др., и берет начало в 1990-х, отпочковавшись от концепции open source, относящейся к компьютерным программам. Среди биохакеров особенно популярна так называемая синтетическая биология (о которой «Биомолекула» как-нибудь обязательно расскажет отдельно), постулирующая возможность конструирования живых систем из отдельных генетических блоков, список которых уже даже выкладывают в интернет, подобно исходным текстам программного обеспечения. Стóит однако заметить, что жизнь не очень-то любит, чтобы её конструировали, так что успехи на этом поприще пока довольно скромны, и сделать что-нибудь сложнее лактозного оперона учёным пока не удаётся: отдельные «запчасти» слишком сложно устроены и нелинейны по характеристикам, так что при простом «склеивании» они часто отказываются работать вместе. Самое существенное достижение синтетической биологии на сегодняшний день — это химический синтез (просто копирование того, что и так есть в природе!) полного генома бактерии [5], но сделано это было отнюдь не одиночкой в гараже за две копейки.

Вместе с ореолом нездешней футуристической прогрессивности, опен-сорсная биология унаследовала от синтетической биологии и вериги ужаса перед биотерроризмом, иногда представляемым средствами массовой информации как наиболее очевидную стратегию использования знаний в области конструирования жизни. Мысль о том, что сотни биологов-самоучек выводят в своих траченных ржавчиной гаражах генно-модифицированных бактерий, стала для ФБР невыносимой, и с 2009 года биохакеров в США взяли «на карандаш». Несмотря на то, что страхи чиновников (видимо, связанные с сибирской язвой или чем-то родственным) на сегодняшний день выглядят совершенно беспочвенными, большинство биохакеров предпочитает не связываться с силовиками и сотрудничают с ними, обещая сразу же сообщать «куда следовает», если в сообществе станет известно о запуске действительно подозрительных теневых проектов.

...Спустя пять лет после ухода в «подполье» Карлсон всё ещё убежден, что любительская биология может произвести революцию. Почти наверняка за истекшее время он успел бы получить втрое больше результатов, не оставь он лабораторию в пользу гаража, и получал бы за это зарплату вместо того, чтобы вкладывать немалые суммы в оборудование своего собственного рабочего пространства. Однако не всегда поступки человека управляются непосредственной краткосрочной выгодой, и в случае Роба можно уже заявить — он своим примером всколыхнул души многих потенциально не равнодушных к науке людей, показав им еще одну возможность заниматься любимым хобби. И дело здесь даже не только в науке как таковой: приятно видеть, что увлечения многих людей выходят за рамки того, что настойчиво насаждается с телеэкранов или журнальных страниц.

К сожалению, в России искреннее увлечение тайнами природы у широких масс не в почёте, и наши «хакеры» преуспевают скорее в крепкой человеческой дружбе с чиновниками, отвечающими за распределение государственного финансирования, употребляемого в результате на проекты, чуть более чем полностью состоящие из мошенничества и шарлатанства. Но положение вещей не может всегда оставаться прежним, — так что и у нас настанут времена, когда умения и знания, инвариантные текущему государственному строю, будут в несравненно большей цене, нежели самые прочные связи с «нужными людьми».

При написании статьи использовались материалы Nature [6].

Литература

  1. Кузница нобелевских кадров;
  2. Carlson R. Splice It Yourself. Wired 13.05.2005;
  3. Флуоресцирующая Нобелевская премия по химии;
  4. Callaway E. (2010). The rise of the genome bloggers. Nature 468, 880–881;
  5. Жизнь в эпоху синтетической жизни;
  6. Ledford H. (2010). Garage biotech: Life hackers. Nature 467, 650–652..

Комментарии

Вас также может заинтересовать