Вы здесь

Биохакеры: молекулярная биология в стиле «сделай сам»

Главные вкладки

От РП: Развитие современных технологий дает возможности, которые вчера нельзя было и представить. Например, самостоятельные исследования генома и генная инженерия, доступная небольшим группам людей и даже отдельным людям. Кластеры подобных технологий могут изменить мир не менее, чем его изменило огнестрельное оружие. Если не более. Например, это возможность для групп сплоченных сторонников вести исследования в области медицины, закрытой фармацевтическими гигантами для увеличения своей прибыли. Не секрет, что ряд особо эффективных технологий "закрывающих" блокируются суперкорпорациями потому, что это может сделать ненужными целые направления их деятельности. Примерно так как компьютер сделал ненужными производителей печатных машинок. Малые современные технологии могут привести к возможности создания своеобразного сетевого "государства в государстве" или дать невиданные ранее возможности малым государствам. Дешёвая наука, дешёвые технологии - это может революционным образом изменить мир, если найдется достаточно людей, чтобы этим воспользоваться.


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?

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».

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.

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».

Чугунов Антон

 

При написании статьи использовались материалы Nature [6].

Литература

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