Суперсовременная электронная и компьютерная промышленность начиналась энтузиастами в частных гаражах. Возможно, «гаражные» лаборатории приведут в будущем к подобному прогрессу и в области молекулярной биологии.
Кто такие биохакеры

Современная наука может похвастаться множеством достижений, но некоторые почему-то считают, что из нее ушел дух «первооткрывательства», свойственный научно-технической революции конца XIX — начала XX века. Тогда научные исследования мирового уровня можно было провести в домашней лаборатории, в то время как сейчас для этого необходимо сложное и дорогостоящее оборудование.

Конечно, по‑настоящему революционные идеи, как и сто, и тысячу лет назад, продолжают осенять лишь избранные умы, но проверка гипотезы и доведение исследования, скажем, в области молекулярной биологии, до логичного завершения — например, до хорошей публикации — занятие дорогое и чрезвычайно трудоемкое, выходящее далеко за пределы возможностей ученого-одиночки. Однако внести вклад в науку под силу не только крупным коллективам при соответствующем финансировании, но и энтузиастам вне всякой системы. Они называют себя биохакерами.

На чистом энтузиазме

Биохакеры — это независимые ученые-любители, проводящие эксперименты в самостоятельно оборудованных домашних лабораториях. Цели у них могут быть совершенно разные: одни проверяют свои гениальные идеи, другие занимаются этим просто забавы ради, как хобби. Поскольку корни движения биохакеров находятся в Калифорнии, недалеко от Кремниевой долины, их инициативу часто называют «гаражным биотехом». Почему гаражным? Конечно, потому, что американский хайтек зародился в гараже, подобно тому, как вся русская литература второй половины ХIХ века вышла из гоголевской шинели!

История биохакеров началась с американского аспиранта-физика Роба Карлсона, 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 в собственный Институт молекулярных исследований в Беркли (Калифорния) заняться биологией.

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 совершивших по соседству революцию в области персональных компьютеров. Его не отпускала навязчивая идея: если сделать биотехнологию доступной широким массам любителей и энтузиастов, это приведет к появлению новой субкультуры «гаражной биологии» и, возможно, новой революции. Тем более что большую часть оборудования (подержанного, конечно) можно купить с ощутимой скидкой через интернет.

В 2005 году в журнале Wired Карлсон изложил свое видение любительской науки и ее принципиальной доступности независимым исследователям. Чтобы не быть голословным, он решил организовать такую лабораторию у себя дома и обзавелся подержанными микропипетками и центрифугой, купленными на eBay. Совершенно неожиданно его идея получила поддержку множества последователей независимого научного поиска — и профессионалы, ведущие на дому собственный проект, и любители, впервые взявшиеся за пипетку, начали объединяться в организацию DIY-bio (do it yourself, «сделай сам»).

Эти люди покупают через интернет подержанное 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. 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!

Наука как хобби

Конечно, большинство ученых отзывается о движении биологов-любителей скептически, не допуская мысли, что кому-то дома может понадобиться термоциклер или центрифуга. Однако в связи с этим можно вспомнить слова Кена Олсена, основателя Digital Equipment Corporation, который в 1970-х сказал: «Я не знаю, зачем кому-то дома может понадобиться компьютер». Сейчас его высказывание воспринимается не иначе как забавный афоризм.

Впрочем, пока вряд ли стоит всерьез ожидать крупных научных прорывов, совершенных биологами-самоучками на собственной кухне: гений все 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 — подтверждение хакерских принципов (см. врезку «Хакерская этика») применительно к современным биологическим исследованиям, а также стремление к знаниям и научному образу мысли независимо от конкретной профессии и рода занятий человека.

В фантазии биохакерам не откажешь: например, Мередит Паттерсон, программистка из Сан-Франциско, прославилась тем, что создала светящийся в темноте йогурт, встроив в геном кисломолочных бактерий флуоресцентный белок (кстати, за изучение этого белка, полученного из медузы Aequorea victoria, в 2008 году была присуждена Нобелевская премия по химии).

Другие биохакеры занимаются изучением собственного (и не только) генома и даже проводят небольшие клинические исследования в надежде разыскать корни какого-нибудь заболевания. «Геномный блогер», известный под псевдонимом Dienekes Pontikos, ошарашил аспиранта-генетика Джозефа Пикрелла, опубликовавшего в интернете свой отсеквенированный геном, отыскав в последовательности ДНК доказательства его еврейского происхождения. Несколько групп занимаются тем, что пытаются создать формулу перспективного биотоплива для решения проблемы энергетического кризиса.

Наконец, еще несколько тусовок разрабатывают недорогие «опенсорсные» (open source, с открытым исходным кодом) лабораторные приборы, такие как ПЦР-машины, и даже публикуют инструкции по самостоятельной сборке этих агрегатов. Все это делает движение биологов-любителей ближе к народу и повышает популярность этого хобби, столь непохожего на приземленные и меркантильные увлечения большинства людей.

Кружки по интересам

«Новая волна» в биологической науке породила гражданские «гаражные» лаборатории и «хакерспейсы» — кружки по интересам, объединяющие людей, в порядке хобби интересующихся биотехнологиями и воплощающих в жизнь проекты, иной раз достойные передовых исследовательских институтов.

Одним из известных биохакерских проектов является Bioluminescence («биолюминисценция»). Его цель — «взломать» код живой клетки, чтобы она светилась с использованием люциферазного механизма. Запущенный в первом хакерспейсе Biocurious (Сан-Хосе, США), этот проект черпает вдохновение в «реестре стандартных биозапчастей»: под кодом BBa_K325909 там хранится именно люциферазный оперон. Весной 2013 года, заявив своей целью создание светящихся растений как источников комнатного освещения, этот проект успешно собрал финансирование на сайте kickstarter, предназначенном для сбора денег «всем миром» на всякие творческие начинания.

Двое «гаражных биохакеров» из Калифорнии — Тито Янковски и Джош Перфетто — 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 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. Начальное финансирование OpenPCR тоже получил через kickstarter. Заявленную сумму в $6000 проект набрал за десять дней, а к концу сборов эти деньги, пожертвованные вдохновленными идеей пользователями со всего мира, удвоились.

Еще одно биохакерское изобретение — самодельная «генная пушка» (gene gun), использующаяся для генетической трансформации клеток растений.

В основе лежит прямая баллистическая бомбардировка недифференцированных клеток растений наночастицами тяжелых металлов (обычно золота), несущими на поверхности молекулы ДНК. И хотя промышленные образцы такого устройства давно существуют и широко используются, конструктору «свободного» аналога удалось снизить стоимость этого изделия в 500 раз. Как говорит автор изобретения Рудигер Троек, «генная пушка — это устройство для генетической трансформации клеток растений.

Оно активно используется компаниями типа Monsanto — крупными игроками рынка генетически модифицированных продуктов — с середины 1990-х годов, и обычно цена такой штуки составляет $15 000. Я сделал аналог на основе примочки для взбитых сливок всего за $30, чтобы продемонстрировать, что эта технология в принципе общедоступна».

Отдавая — получаешь

Крупнейшей в мире ассоциацией «биотехнологов на коленке» считается iGEM — International Genetically Engineered Machine Foundation. Эта некоммерческая организация с 2003 года проводит турниры по «практической синтетической биологии», а также поддерживает «реестр стандартных биозапчастей» — обменник генетических конструкций, на основе которых можно создавать всякие безусловно полезные штуки, например флуоресцирующий йогурт. Первый турнир был проведен еще в 2003 году среди студентов Массачусетского технологического института, в 2005 году тусовка вышла на международный уровень с 13 командами, а с 2012 года iGEM существует как отдельная от МIТ некоммерческая организация.

В 2013 году в турнире приняли участие 215 университетских и 30 школьных команд из нескольких десятков стран. Конечно, предварительные этапы проходят по всему миру (для этого участники получают по почте необходимые «биозапчасти»), и лишь финал идет в ноябре в Кембридже.

Участники турнира iGEM, играя, разрабатывают такие вещи, как биосенсор мышьяка для определения качества питьевой воды в бедных странах, «БаКровь» (замена эритроцитов на основе генно-инженерных бактериальных клеток, переносящих кислород, но не вызывающих сепсиса), новинки в области стволовых клеток и антибактериальных веществ, систему для выявления антибиотиков в молоке, органический стройматериал на основе грибов и многое другое. «Биозапчасти», разрабатываемые командами-участниками при подготовке к турниру, принято выкладывать в общий реестр, руководствуясь идеологией «отдавая — получаешь» (Get & Give).

Отдельно стоит подчеркнуть роль биохакерства в распространении науки в беднейших странах, в которых лаборатории или даже целые институты не могут себе позволить приобрести современное оборудование. Доступность «опенсорсных» биотехнологий позволяет заняться современными научными исследованиями даже на краю цивилизованного мира, не относясь слишком серьезно к традиционным геополитическим барьерам, оставшимся где-то по ту сторону биохакерской этики.

Сделай сам

Движение DIY-bio воплощает идею «открытой науки», подразумевающую свободный обмен информацией, публикациями, материалами, и берет начало в 1990-х, отпочковавшись от компьютерной концепции open source. Среди биохакеров особенно популярна так называемая синтетическая биология, постулирующая возможность конструирования живых систем из отдельных генетических блоков, список которых уже даже выкладывают в интернет, подобно исходным кодам программного обеспечения.

Однако жизнь не очень-то любит, чтобы ее конструировали, так что успехи на этом поприще пока довольно скромны, и сделать что-нибудь сложнее лактозного оперона (фрагмент генома, кодирующий метаболизм лактозы у бактерий) ученым пока не удается: 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, сделанный в 2010 году под руководством Крейга Вентера в его собственном институте, — но это, конечно, была работа целого коллектива, а не одиночки.

Вместе с ореолом футуристической прогрессивности опенсорсная биология унаследовала от синтетической биологии и вериги ужаса перед биотерроризмом, иногда представляемым средствами массовой информации как наиболее очевидная стратегия 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 предпочитают не связываться с силовиками и сотрудничают с ними, обещая сразу же сообщать «куда следует», если в сообществе станет известно о запуске действительно подозрительных теневых проектов.

Спустя восемь лет после ухода в «гаражи» Карлсон все еще убежден, что любительская биология может произвести революцию. Почти наверняка за истекшее время он успел бы получить в несколько раз 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 Карлсона можно сказать, что он показал пример многим потенциально неравнодушным к науке людям, как можно заниматься любимым хобби. Тем более что это хобби, возможно, приведет к появлению нового, лучшего мира. Ведь в интервью трехлетней давности один из столпов 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».

Автор статьи — редактор сайта «Биомолекула».

Статья «Биохакеры» опубликована в журнале «Популярная механика» (№2, Февраль 2014).