През ноември 2017 г. британското интернет издание The Independent публикува статия за новата програма за синтетична биология на Агенцията за напреднали изследователски проекти на Министерството на отбраната на САЩ (DARPA), Advanced Plant Technologies (APT). Военното ведомство планира да създаде генетично модифицирани водорасли, които могат да действат като самоподдържащи се сензори за събиране на информация в условия, при които използването на традиционни технологии е невъзможно. Доколко това е реалистично и как заплашва човечеството?
Предполага се, че естествените възможности на растенията могат да бъдат използвани за откриване на съответните химикали, вредни микроорганизми, радиационни и електромагнитни сигнали. В същото време промяната на техния геном ще позволи на военните да контролират състоянието на околната среда, а не само. Това от своя страна ще направи възможно дистанционното наблюдение на реакцията на растенията с помощта на съществуващи технически средства.
Послушни вируси
Според Blake Bextine, мениджър на програмата APT, целта на DARPA в този случай е да разработи ефективна система за многократна употреба за проектиране, директно създаване и тестване на различни биологични платформи с високо адаптивни възможности, които могат да бъдат приложени към широк спектър от сценарии.
Нека отдадем почит на американските учени и военното ведомство на САЩ, което активно насърчава развитието на синтетичната биология. В същото време отбелязваме, че значителният напредък през последните години, чиито очаквани резултати трябва да бъдат насочени в полза на човечеството, създаде напълно нов проблем, последствията от който са непредсказуеми и непредсказуеми. Оказва се, че сега САЩ имат техническата възможност да проектират изкуствени (синтетични) микроорганизми, които отсъстват в естествени условия. Това означава, че говорим за ново поколение биологични оръжия (BW).
Ако си спомняте, през миналия век интензивните американски изследвания върху развитието на BW бяха насочени както към получаване на щамове причинители на опасни инфекциозни заболявания при хора с променени свойства (преодоляване на специфичен имунитет, полиантибиотична резистентност, увеличаване на патогенността), така и към развитие средства за тяхната идентификация и мерки за защита. В резултат на това методите за индикация и идентификация на генетично модифицирани микроорганизми са подобрени. Разработени са схеми за превенция и лечение на инфекции, причинени от естествени и модифицирани форми на бактерии.
Първите експерименти за използването на техники и технологии на рекомбинантна ДНК бяха проведени през 70 -те години и бяха посветени на промяна на генетичния код на естествените щамове чрез включване на единични гени в техния геном, които биха могли да променят свойствата на бактериите. Това отвори възможности за учените да решават такива важни проблеми като производството на биогорива, бактериално електричество, лекарства, диагностични лекарства и мултидиагностични платформи, синтетични ваксини и пр. Пример за успешното изпълнение на тези цели е създаването на бактерия съдържа рекомбинантна ДНК и произвежда синтетичен инсулин …
Но има и друга страна. През 2002 г. са изкуствено синтезирани жизнеспособни полиовируси, включително тези, подобни на патогена на испанския грип, който отне десетки милиони животи през 1918 г. Въпреки че се правят опити за създаване на ефективни ваксини на базата на такива изкуствени щамове.
През 2007 г. учени от изследователския институт на J. Craig Venter (JCVI, САЩ) за първи път успяха да транспортират целия геном на един бактериален вид (Mycoplasma mycoides) към друг (Mycoplasma capricolum) и доказаха жизнеспособността на нов микроорганизъм. За да се определи синтетичния произход на такива бактерии, в техния геном обикновено се въвеждат маркери, така наречените водни знаци.
Синтетичната биология е интензивно развиваща се област, представляваща качествено нова стъпка в развитието на генното инженерство. От прехвърлянето на няколко гена между организмите до проектирането и изграждането на уникални биологични системи, които не съществуват в природата с „програмирани“функции и свойства. Освен това геномното секвениране и създаването на бази данни от пълни геноми на различни микроорганизми ще направи възможно разработването на съвременни стратегии за синтез на ДНК на всеки микроб в лабораторията.
Както знаете, ДНК се състои от четири бази, чиято последователност и състав определят биологичните свойства на живите организми. Съвременната наука позволява въвеждането на "неестествени" бази в синтетичния геном, чието функциониране в клетката е много трудно да се програмира предварително. И такива експерименти за „вмъкване“в изкуствения геном на непознати ДНК последователности с неизвестни функции вече се провеждат в чужбина. В САЩ, Великобритания и Япония са създадени мултидисциплинарни центрове, занимаващи се със синтетична биология; там работят изследователи от различни специалности.
В същото време е очевидно, че използването на съвременни методологически техники увеличава вероятността от „случайно“или умишлено производство на химерни агенти от биологични оръжия, непознати за човечеството, с напълно нов набор от фактори на патогенност. В тази връзка възниква важен аспект - гарантиране на биологичната безопасност на подобни изследвания. Според редица специалисти синтетичната биология принадлежи към сферата на дейност с високи рискове, свързани с изграждането на нови жизнеспособни микроорганизми. Не може да се изключи, че форми на живот, създадени в лабораторията, могат да избягат от епруветката, да се превърнат в биологично оръжие и това ще застраши съществуващото природно разнообразие.
Специално внимание трябва да се обърне на факта, че за съжаление друг важен проблем не е отразен в публикациите по синтетична биология, а именно запазването на стабилността на изкуствено създадения бактериален геном. Микробиолозите са добре запознати с феномена на спонтанни мутации, дължащи се на промяна или загуба (заличаване) на гена в генома на бактерии и вируси, които водят до промяна в свойствата на клетката. При естествени условия обаче честотата на появата на такива мутации е ниска и геномът на микроорганизмите се характеризира с относителна стабилност.
Еволюционният процес оформя разнообразието на микробния свят в продължение на хилядолетия. Днес цялата класификация на семейства, родове и видове бактерии и вируси се основава на стабилността на генетичните последователности, което позволява тяхното идентифициране и определя специфични биологични свойства. Те бяха отправна точка за създаването на такива съвременни диагностични методи като определяне на протеинови или мастни киселинни профили на микроорганизми, използвайки MALDI-ToF масспектрометрия или хромомасспектрометрия, идентифициране на ДНК последователности, специфични за всеки микроб, чрез PCR анализ и др. В същото време стабилността на синтетичния геном на "химерни" микроби понастоящем е неизвестна и е невъзможно да се предвиди доколко сме успели да "заблудим" природата и еволюцията. Следователно е много трудно да се предвидят последиците от случайно или умишлено проникване на такива изкуствени микроорганизми извън лабораторията. Дори и с "безвредността" на създадения микроб, освобождаването му "на светлина" при условия, напълно различни от лабораторните, може да доведе до повишена мутабилност и образуване на нови варианти с неизвестни, вероятно агресивни свойства. Ярка илюстрация на тази позиция е създаването на изкуствена бактерия цинтия.
Смърт на бутилката
Cynthia (Mycoplasma laboratorium) е лабораторен синтетичен щам на микоплазма. Той е способен на независимо възпроизвеждане и е предназначен, според съобщения на чуждестранни медии, да премахне последиците от петролното бедствие във водите на Мексиканския залив чрез абсорбиране на замърсяването.
През 2011 г. в океаните бяха пуснати бактерии, за да унищожат разливите на петрол, които представляват заплаха за екологията на Земята. Това прибързано и лошо изчислено решение скоро се превърна в ужасни последици - микроорганизмите излязоха извън контрол. Имаше съобщения за ужасна болест, наречена от журналистите синята чума и причиняваща изчезването на фауната в Мексиканския залив. В същото време всички публикации, предизвикали паника сред населението, принадлежат към периодичните издания, докато научните публикации предпочитат да мълчат. Понастоящем няма преки научни доказателства (или те умишлено са скрити), че неизвестното фатално заболяване е причинено от Синтия. Въпреки това няма дим без огън, поради което заявените версии за екологичното бедствие в Мексиканския залив изискват внимателно внимание и проучване.
Предполага се, че в процеса на усвояване на петролни продукти цинтията е променила и разширила хранителните си нужди, като включи животински протеини в „диетата“. Попадайки в микроскопични рани по тялото на риби и други морски животни, той се разпространява през кръвния поток до всички органи и системи, буквално разяждайки всичко по пътя си за кратко време. Само за няколко дни кожата на тюлените е покрита с язви, постоянно кървяща и след това напълно изгнила. Уви, има съобщения за фатални случаи на болестта (със същия комплекс от симптоми) и хора, плуващи в Мексиканския залив.
Съществен момент е фактът, че в случай на синтия, болестта не може да се лекува с известни антибиотици, тъй като в допълнение към "водните знаци" в генома на бактериите са въведени гени за резистентност към антибактериални лекарства. Последното повдига въпроси и изненади. Защо оригиналният сапрофитен микроб, неспособен да причинява заболявания при хора и животни, се нуждае от гени за устойчивост към антибиотици?
В тази връзка мълчанието на официалните лица и авторите на тази инфекция изглежда поне странно. Според някои експерти има прикриване на истинския мащаб на трагедията на ниво правителство. Предполага се също, че в случай на използване на синтия, говорим за използване на бактериологични оръжия с широк спектър на действие, което представлява заплаха от появата на междуконтинентална епидемия. В същото време, за да разсее паниката и слуховете, САЩ разполагат с целия арсенал от съвременни методи за идентифициране на микроорганизми и не е трудно да се определи етиологичния причинител на тази неизвестна инфекция. Разбира се, не може да се изключи, че това е резултат от директния ефект на маслото върху живия организъм, въпреки че симптомите на заболяването показват повече неговата инфекциозна природа. Въпреки това, повтаряме, въпросът изисква яснота.
Естествена загриженост за неконтролираните изследвания на много руски и чуждестранни учени. За да се намали рискът, се предлагат няколко направления - въвеждане на лична отговорност за разработки с непрограмируеми резултати, повишаване на научната грамотност на ниво професионално обучение и широка обществена осведоменост за постиженията на синтетичната биология чрез медиите. Но готова ли е общността да спазва тези правила? Например, изнасянето на спори от антракс от лаборатория в САЩ и изпращането им в пликове поражда съмнение относно ефективността на контрола. Освен това, като се вземат предвид съвременните възможности, се улеснява наличието на бази данни от генетични последователности на бактерии, включително причинители на особено опасни инфекции, техники за синтез на ДНК, методи за създаване на изкуствени микроби. Невъзможно е да се изключи получаването на неоторизиран достъп до тази информация от хакери с последващата продажба на заинтересовани страни.
Както показва опитът от „пускането“на Синтия в природни условия, всички предложени мерки са неефективни и не гарантират биологичната безопасност на околната среда. Освен това не може да се изключи, че може да има дългосрочни екологични последици от въвеждането на изкуствен микроорганизъм в природата.
Предложените мерки за контрол - широка осведоменост на медиите и повишена етична отговорност на изследователите при създаването на изкуствени форми на микроорганизми - все още не са обнадеждаващи. Най-ефективна е законовото регулиране на биологичната безопасност на синтетичните форми на живот и системата за тяхното наблюдение на международно и национално ниво съгласно новата система за оценка на риска, която трябва да включва цялостно, експериментално проучване, основано на доказателства за последствията от областта на синтетичната биология. Възможно решение може да бъде и създаването на международен експертен съвет за оценка на рисковете от използването на неговите продукти.
Анализът показва, че науката е достигнала напълно нови граници и е поставила неочаквани проблеми. Досега схемите за индикация и идентификация на опасни агенти са били насочени към тяхното откриване въз основа на идентифицирането на специфични антигенни или генетични маркери. Но когато се създават химерни микроорганизми с различни фактори на патогенност, тези подходи са неефективни.
Освен това разработените понастоящем схеми за специфична и спешна профилактика, етиотропна терапия на опасни инфекции също могат да се окажат безполезни, тъй като те се изчисляват, дори в случай на използване на модифицирани опции, за известен патоген.
Човечеството, без да знае, е стъпило на пътя на биологичната война с неизвестни последици. В тази война може да няма победители.
