КЛЮЧЕВЫЕ ВЫВОДЫ
- Спустя два десятилетия после того, как проект «Геном человека» научил нас читать код жизни, ученые теперь учатся его писать.
- В этой статье Эндрю Хессель, соучредитель проекта «Геном человека», утверждает, что расшифровка генома — это следующий большой прорыв человечества, и описывает, как синтез ДНК может преобразовать биологию, медицину и промышленность.
- Он призывает к глобальному сотрудничеству, чтобы гарантировать, что новая способность человечества создавать жизнь будет использоваться разумно и ради общего блага.
На протяжении большей части истории человечества мы могли лишь догадываться, что сделало нас такими, какие мы есть. Но чуть более двух десятилетий назад проект «Геном человека» — международная научная инициатива по расшифровке трёх миллиардов букв ДНК — изменил всё. Критики того времени называли проект слишком дорогим, слишком амбициозным, слишком абстрактным. И они не ошиблись. Это был крупнейший из когда-либо предложенных биологических проектов, а учёным ещё не удалось секвенировать даже самый маленький бактериальный геном. Но организаторы знали, что масштабные планы — «полёты в космос» — вдохновляют людей и привлекают финансирование.
Сегодня практически все достижения современной медицины основаны на этом фундаменте. Этот проект превратил биологию в информационную науку, породив исследования генеалогии, отслеживание вирусов, высокоточные методы лечения рака, первые персонализированные лекарства и многое другое. Теперь новое поколение учёных хочет сделать следующий шаг: не просто прочитать код жизни, но и записать его. Именно в этом и заключается миссия проекта «Геном человека» (HGP-write) и инициативы «Синтетический геном человека» (Synthetic Human Genome Initiative). HGP-write, некоммерческая организация, соучредителем которой я стал в 2016 году, создаёт технологическую, этическую и социальную инфраструктуру для крупномасштабного геномного анализа. SynHG, британский академический консорциум, о создании которого было объявлено в 2025 году, занимается инженерными разработками, разработкой процессов и инструментов, необходимых для конструирования хромосом с нуля. Несмотря на то, что это разные команды, их объединяет общая амбициозная цель: однажды создать полный и функциональный геном человека. Вместе они способствуют началу следующей великой революции в биологии, которая, как я уверен, значительно превзойдёт по значимости первоначальный проект «Геном человека» (который я буду называть HGP-read). Секвенирование позволяет нам читать книгу жизни, наше руководство по эксплуатации. Синтез позволит нам написать новые главы, если не совершенно новые книги.
Зачем писать геном человека?
Когда в 2003 году был завершён проект HGP-read, на секвенирование одного человеческого генома (или примерно 92% генома, поскольку технологии, позволяющей закрыть все пробелы, в то время не существовало — весь геном будет расшифрован только в апреле 2022 года) ушло 13 лет и более 3 миллиардов долларов. Сегодня секвенирование ДНК человека стоит несколько сотен долларов и занимает всего несколько часов. Немногие технологии стали настолько недорогими и эффективными так быстро. Развитие технологий секвенирования заставило закон Мура — идею о том, что вычислительная мощность компьютеров удваивается, а стоимость снижается примерно каждые два года — казаться медленным процессом. Это головокружительное падение цен и времени породило целые отрасли, миллионы рабочих мест и сотни миллиардов долларов экономической выгоды. Однако тот факт, что секвенирование пока не стало потребительской технологией, которая есть в каждом доме, как телевизоры и телефоны, говорит о том, что мы ещё далеки от финансового и технологического дна.
Расшифровка ДНК открывает ещё большие перспективы — потенциал для лечения любых болезней. Синтез ДНК уже лежит в основе разработки новых белков, вакцин и методов лечения на основе CRISPR в клинической практике. Расшифровка генома человека в полном объёме может позволить исправить любое генетическое заболевание, независимо от его сложности. А расшифровка небольших геномов может стать основой для современного кембрийского взрыва новых существ всех форм и размеров.
Синтетическая геномика не нова. Фактически, первый синтетический геном был построен более двух десятилетий назад. В 2002 году ученые из Университета Стоуни-Брук в Нью-Йорке под руководством Эккарда Уиммера построили геном полиовируса полностью на основе данных цифрового секвенирования. В 2010 году команда Дж. Крейга Вентера создала первую синтетическую клетку — живой организм, ДНК которого содержала скрытые «водяные знаки», включая цитаты Джеймса Джойса и физика Ричарда Фейнмана, веб-адрес и собственные имена исследователей. К 2019 году группа Джейсона Чина в Лаборатории молекулярной биологии Медицинского исследовательского центра перепроектировала E. coli с полностью синтетическим геномом из четырех миллионов пар оснований. А в 2025 году Джеф Бёке и его международный консорциум ученых, занимающихся дрожжами, завершили создание десятимегабазного генома дрожжей, что стало гигантской вехой на пути к написанию более крупных и сложных геномов, подобных нашему.
Синтез целого генома — это не умозрительная наука; это отрасль генной инженерии, которая тихо и незаметно процветала, становясь в последние годы все более дешевой и сложной. Как и в случае с системами искусственного интеллекта до появления GPT в конце 2022 года, большинство людей по-прежнему совершенно не знают, что запись ДНК вообще возможна, не говоря уже о том, что ее используют тысячи лабораторий и компаний по всему миру. Хотя попытки расшифровать геном человека в ближайшее время не приведут к появлению «дизайнерских» детей или суперсолдат, они заставляют общество признать неоспоримый факт: подобно богам-любителям, мы начинаем создавать живые организмы. Пока мы в этом не очень преуспеваем. Геномы, которые мы написали, — небольшие и простые, и в основном представляют собой слегка отредактированные копии того, что создала природа.
Главный вопрос заключается в том, организуемся ли мы как вид проактивно, чтобы ответственно подойти к этой инженерной работе, или подождем в стороне, пока коммерческие, военные или геополитические силы не заставят нас взглянуть в лицо реальности и установить некоторые правила дорожного движения.
Написание стимулирует творчество, понимание и безопасность
И HGP-write, и SynHG стремятся сделать синтез в масштабах генома возможным, доступным и, что немаловажно, безопасным. Это грандиозная задача. Переход от коротких фрагментов ДНК к целым хромосомам или геномам требует новых инструментов, ферментов, программного обеспечения и стандартов — совершенно нового «стека синтетической биологии». Это также требует создания эффективных систем биологической безопасности, поскольку некоторые из самых маленьких для конструирования геномов, а именно геномы вирусов, потенциально наиболее опасны.
Разработка всего этого обойдется недешево, но она окупится задолго до того, как будет написан геном человека. Каждый новый шаг в развитии технологий записи будет ускорять прогресс во всем спектре наук о жизни, от сельского хозяйства до фармацевтики, от материаловедения до планетарной обороны; синтез ДНК, в конце концов, является основополагающим инструментом инженерной биологии и биопроизводства. В то же время, усовершенствованные технологии биодетекции и биозащиты, ускоренные усилиями по расшифровке генома, улучшат здоровье людей во всем мире, одновременно лучше защищая нас от следующей вспышки или пандемии.
Написание полных геномов — мощный инструмент. Редактирование существующей ДНК позволяет нам корректировать код, но изменения должны быть подтверждены полногеномным секвенированием, учитывая, что нецелевые изменения встречаются часто. Создание генома с нуля означает, что программные инструменты, подобные текстовым процессорам, можно использовать для лёгкого поиска и замены строк букв, а также копирования и вставки блоков кода. Генная инженерия становится во многом похожей на разработку программного обеспечения. Она позволяет учёным исследовать революционные вопросы, такие как: «Что произойдёт, если удалить остатки древних вирусов из человеческой ДНК?» или «Можно ли запрограммировать эту клетку так, чтобы она не старела?»
Всё чаще кодирование будет осуществляться инструментами на основе ИИ, подобно тому, как мы видим это в компьютерном программном обеспечении. Это уже происходит. Практически вся белковая инженерия сейчас выполняется с помощью инструментов ИИ. Недавно калифорнийский институт Arc Institute объединил свои инструменты Evo AI с синтезом генома для создания десятков новых бактериофагов PhiX174 – вирусов (поражающих бактерии). Успех этого эксперимента позволяет предположить, что в ближайшем будущем победить смертельную супербактерию может быть так же просто, как отправить документ на струйный принтер. С появлением мегабазного синтеза — шага к гигабазному синтезу, необходимому для синтеза генома человека, — мы сможем сконструировать практически любой одноклеточный организм с нуля. Вся микробиология становится в равной степени инженерией и наукой. Эти «конструкторские» микробы могут преобразовать биопроизводство, производя лекарства, топливо и материалы с беспрецедентной эффективностью. Подобно тому, как транзистор положил начало цифровой революции, быстрое, недорогое и масштабируемое проектирование и синтез генома положат начало биологической революции. Жизнь становится технологической платформой, программируемым носителем для решения самых сложных мировых проблем.
Научные дивиденды здесь будут колоссальными. Клеточные геномы – это спагетти-код, где все функции перемешаны и разбросаны по хромосомам без какой-либо рациональной организации, и единственный фильтр – это то, что он работает. Создание полностью синтетических организмов – единственный способ распутать все разнообразные функции, перемешанные эволюцией за миллиарды лет. Начав с чистого листа, учёные смогут пролить свет на тайны метаболизма, развития и, возможно, даже сознания способами, недоступными для редактирования генов. Как метко заметил физик Ричард Фейнман, невозможно по-настоящему понять то, что невозможно создать.
Миру нужен еще один биологический полет на Луну
Но любой проект, направленный на создание жизни, должен столкнуться с серьёзными этическими вопросами: какие типы геномов нам следует создавать? Есть ли какие-то запреты? Кто принимает решения? Как предотвратить разработку биологического оружия? И HGP-write, и SynHG признают, что те же инструменты, которые могут вылечить или создать жизнь, могут быть использованы и во вред, причиняя страдания и смерть. Именно поэтому прозрачность, открытая наука и общественный диалог играют ключевую роль в их миссиях. Они хотят гарантировать, что решения, касающиеся кода жизни, являются общей глобальной ответственностью, а не прерогативой какой-либо одной корпорации или страны.
В этом смысле расшифровка генома – это не только генетика, но и управление. Речь идёт о том, чтобы научиться безопасно сотрудничать в области технологий планетарного масштаба, потенциально способных изменить планету. И в краткосрочной перспективе, если судить по истории, небольшое дружеское соперничество между командами только ускорит прогресс. США начали работу рано, но Великобритания незаметно вырвалась вперёд благодаря устойчивому, последовательному прогрессу и «осторожному» мандату, который ценит ответственность не меньше, чем скорость. Но это гонка, где, как и в секвенировании, независимо от того, кто первым пересечёт черту, побеждает всё человечество. Нам всем не помешало бы поддержать что-то грандиозное — что-то, напоминающее нам, что эта планета — наш дом, а не просто стартовая площадка для полётов на Луну или Марс. Прошло почти 25 лет с тех пор, как мир в последний раз объединился вокруг проекта, основанного на биологических исследованиях. Первый проект «Геном человека» вдохновил целое поколение на восприятие жизни как кода, который можно прочитать и понять. Расшифровка генома человека может вдохновить следующее поколение на восприятие ДНК как чего-то, что можно создавать, открывая возможности, которые эволюция ещё не исследовала.
Вопрос уже не в том, сможем ли мы написать геном человека, а в том, сможем ли мы сделать это разумно — и на благо всех.
источник: https://bigthink.com/life/the-next-revolution-in-biology-isnt-reading-lifes-code-its-writing-it/