Привет, Хабр.

Я отлучался в небольшой отпуск, настоящим бриллиантом в ткани которого стало стояние в пробке на каршеринге совместно с @Boomburum. Пробка была настолько сурова, что мы успели заварить мановар и прослушать полную версию "Sons of Odin" ("...they killed men and horses alike! And all who stood before them died that day"). Именно поэтому неделя не обойдётся без очередного гостевого поста за авторством любезно подменившей меня Анастасии Новосадской @anastasiamrrиз команды «Биореактора» @InBioReactor. Пост мне очень понравился, далее — от автора.

В недалёком прошлом буквально перевернуть мир смогли амбициозные молодые люди, не обделённые творческой жилкой, а также располагавшие свободным гаражом, где можно было собираться в кругу друзей-единомышленников. Гараж стал своеобразным символом смелых начинаний. Местом, где талантливые ребята-технари начинают дорогу к славе, порой от безысходности. Но талант и упорство позволили многим из этих умельцев создать и возглавить большие хайтек-компании. Как показывает практика, гараж может быть очень удобен для первых шагов на пути к нереальной цели (глаза боятся – руки делают).  Речь о создании технологических стартапов и компаний-единорогов.

Но то была электроника

Гаражные стартапы замечательны тем, что по сути амбициозный человек может собрать технологический продукт буквально из металлолома. Как Тони Старк. Он соорудил свой суперкостюм из всякой технологичной всячины. К слову, в реальности эту разработку воссоздали. Именно так работал и Билл Гейтс, и другие пираты Силиконовой Долины. Компьютерные технологии отличаются доступностью деталей и удобством хранения комплектующих. Гараж как раз подойдёт. Во второй половине прошлого века развитие технологий позволило информатике и вычислительной технике стать мейнстримом, подхватившим цивилизацию и не ослабшим до сих пор. Но совсем недавно мир накрыла пандемия.  И люди поняли что... Что есть кое-что круче компьютеров. Это биотехнологии. Многие обратили внимание на эту отрасль. А ведь ранее биотехнологии при всей своей важности оставались нишевыми и даже немного развлекательными. Давайте поговорим о том, что это вообще такое — биотехнологии — и какое место они занимают в нашей жизни. Вы удивитесь, но степень их проникновения в современную жизнь даже больше, чем у компьютеров. Но проблема в том, что зачастую биотех скрыт от нашего взора, в отличие от умных девайсов.

На самом деле мы сталкиваемся с БТ буквально повсюду. Продукты из супермаркетов — это плоды пищевых биотехнологий. Лекарства — та же биотехнология. Ферменты (энзимы) в стиральных порошках, косметических масках и умывалках — необязательно химический синтез, но и вполне обычный биотех. Всё шире применяются красители, полученные из микроорганизмов. Люди на самом деле достаточно давно поняли силу биотеха. Просто модным он стал именно сейчас. С помощью вредоносного кода можно взламывать компьютеры или сайты. А с помощью биологии — любое живое существо. Например, сделать светящегося котика или козу, производящую паутину.  Так возможно ли используя обкатанную не так давно парадигму (а именно гаражные разработки) добраться до кремниевой долины биотеха?

Билл Гейтс одобрительно отозвался о кустарных биотехнологиях, сказав, что если бы он был сегодня молодым, то взламывал бы не компьютеры, а молекулы и клетки. Сегодня развитие гаражных биотехнологий двигают биохакеры (также известные в профессиональных кругах как биологи-самоделкины, биотинкереры или биопанки). Их интересует не двоичный код, а четверичный: ДНК или РНК. Делают они все в духе DIY (do it yourself) у себя дома, в гаражах или же собираются на биохакатонах.

Вы уже заинтригованы? Вам уже кажется, что вот сейчас возьмёте и взломаете человека (да бросьте, заставить влюбиться того, кто не ответил взаимностью, тоже можно, так что не лукавьте, что мысль такая не пробегала) Так вот. Конечно, вы не первый,  дорогой читатель. И к таким, подобно чёрным и белым хакерам, относятся так называемые маргинальные биологи и биохакеры. На самом деле, при небольшом бюджете и хорошем биологическом образовании не составляет труда таким манером сделать какую-нибудь гадость или большой полезный стартап. И при желании сохранить анонимность.

Тем не менее, не получится просто так взять и сотворить новый организм в гараже. Почему? Всё просто. Вы когда-нибудь пробовали выполнять простые химические эксперименты у себя на кухне? Можно просто забить в интернете «химические эксперименты на кухне» и… В общем, становится понятно, что просто так всего одной ложкой соды не отделаешься.

Что же нужно, чтобы обустроить биотехнологический гараж?  Все зависит от дизайна эксперимента, конечно. Тем не менее, в большинстве случаев понадобится стерильность. Это бич биотеха. Даже при соблюдении правил и работе в чистом помещении можно контаминировать разработку, и всё пойдёт насмарку. Более того, многие ферменты хранятся при очень низких температурах. Тогда как оборудовать подходящий гараж? И занимается ли нынешний гаражный биотех стерильными экспериментами?

Давайте вернёмся в недавнее прошлое и проследим цепочку «эволюции» гаражных биотехнологий. Молодой выпускник Принстона, физик Роберт Карлсон, положил начало длинному и невероятно интересному пути биохакеров. Он в сотрудничестве с Нобелевским лауреатом Сиднеем Баренеро смог организовать домашнюю биолабораторию. Сделано это было не столько из желания поэкспериментировать самому, сколько из желания популяризации науки. В статье, опубликованной в Wired, он писал: «Наступила эра гаражной биологии. Хотите принять участие? Найдите минутку, чтобы приобрести лабораторию на eBay. Конечно, немногие старшеклассники смогут оплатить это оборудование своими случайными заработками, но любой, кто потратит несколько тысяч на автомобили, лодки или компьютеры, может хоть завтра приступить к работе по взлому биологии».

Конечно, гаражная биология влетает в копеечку. Но не в такую большую копеечку, как оснащение государственной биотехнологической отрасли. В общем, начало было положено. Да, такой подход, несомненно, позволяет амбициозным ребятам находить новые решения экологических и социальных проблем, поскольку именно такие энтузиасты лучше многих лаборантов, научных сотрудников и кандидатов наук понимают запросы общества. Обоснование на грант нужно долго расписывать. Тянуть бумажную волокиту и тягаться с комиссиями по этике. Если работать в гараже, то не требуется ни обоснование, ни вообще какие-либо бумаги.  Сейчас главной идеей биохакеров является открытый подход к науке и стимулирование независимых биологических исследований. Биотехнологии для всех: для детей, родителей, людей, далеких от науки. С точки зрения «гаражных» предпринимателей, необходимо максимально приблизить «потребителя» к процессу создания продукта. Конечно же, для этого нужна информация. Много. Желательно бесплатно или за минимальную стоимость. Это опенсорсные публикации, код, данные. Что-то большее, нежели даже знаменитый и любимый многими Сайхаб. Так что биохакеры держат курс на «персонализацию» технологий, продвигают прозрачность и борьбу с закрытыми данными. Нужно сказать, что выходит вполне неплохо.

Конечно, курс оказался очень привлекательным для одних и совершенно отвратительным для других. Вспомнить хотя бы многочисленные споры вокруг авторского права. Поэтому абсолютно неудивительно, что биохакеров пытались и запретить, и поддержать. В какой-то момент СМИ начали изображать биохакеров как волков-одиночек или подпольщиков. Конечно, в определённом ракурсе это вполне логично, поскольку всё биохакерское движение — это своего рода панки и нигилисты (вновь вспомним про авторское право). Хватает в этом движении и этических проблем. Например, многие опасаются, что освоение сложных CRISPR-подобных технологий и утечка генетических библиотек в руки биологов-любителей может привести к биотерроризму.  Однако далеко не все так настроены.  Лаборатории, подобные Genspace, стремятся предоставить членам биотехнологического сообщества DIYbio физическое пространство для нетворкинга, дают контакты экспертов, доступ к научным инструментам и этическим кодексам поведения. Да и сами биохакеры стремятся заводить всё больше связей и зарекомендовать себя с хорошей стороны.  Под эгидой DIYBio.org в 2011 году была проведена серия семинаров, в рамках которых участники из Северной Америки и Европы попытались разработать кодекс этики и биобезопасности. Признавая лидерство на уровне сообщества, правительственные органы, включая Федеральное бюро расследований (ФБР), пригласили лидеров DIYbio на конференции по предотвращению биотерроризма. Регулирующие органы также вмешиваются. В Европе лабораториям требуется лицензия для проведения генетической модификации; Общество Waag проводит семинар «Генетика для чайников или Сделай сам», на котором участники изучают методы DIYbio, одновременно изучая научную и социальную этику.

Допустим, с правовой частью более-менее понятно, хоть и сложно. Что же по поводу финансирования? А инвестиции в DIY Bio есть, не такие большие, как в области государственных грантов и коммерческой фармы, но есть. Деньги поступают от стартап-инкубаторов или собираются в рамках краудфандинговых кампаний, но эти средства ограничены. 250 000 долларов, предлагаемые некоторыми инкубаторами инноваций, такими как RebelBio, в качестве начального финансирования, — звучит здорово. Но уже не так вдохновляет, если вспомнить,  что биофармацевтическая компания тратит в среднем более 2 миллиардов долларов на разработку одного лекарства. Отсутствие капитала вынуждает экспериментировать с дешёвым самодельным оборудованием и доступными материалами. Приходится, например, выделять ДНК из собственной слюны с помощью алкоголя (или соды и средства для мытья посуды). Именно в этом весь дух биохакеров.

С более активным финансированием и стимулированием биохакерское движение начало ветвиться в зависимости от упора исследования, как часто бывает с крупными движениями. Давайте рассмотрим самые крупные из них.

Биоинформатика

Сейчас это довольно привлекательное научное направление, развиваемое в институтах и в биотехнологических компаниях с R&D отделом, а  также одно из крупных направлений  DIY Bio. Ведь с инструментальным оснащением в этой сфере проще всего: хорошее железо да настроенный сервер. Да и публичных данных для биоинформатического анализа более чем достаточно. Всё-таки накопление их идет в разы быстрее, нежели обработка и анализ. Более того, на фрилансе спецы-биоинформатики тоже востребованы. В общем, для гаражного биотеха вполне подходит. Но необходимо учитывать необходимость навыков обработки данных, понимание статистики и приличный опыт программирования и работы с некоторыми приложениями. Такие скилы требуют немалых усилий и многочасовых зависаний за изучением матчасти. Тем не менее, на дому в биоинформатику влиться проще, нежели в мокрую биологию. Например, есть инструменты BioPerl или BioPython, использующие языки Perl и Python соответственно. А ещё Galaxy , BLAST и MEGA, если low-code удобнее).

Медицина

Ограниченный доступ к медицинской помощи и  некоторым лекарствам подтолкнул биохакеров к экспериментам в околомедицинской сфере. Проект Open Insulin направлен на то, чтобы повысить доступность рекомбинантного инсулина путём создания протокола с открытым исходным кодом для описания экспрессии и очистки. Другие медицинские эксперименты — это, в частности, трансплантация микробиома всего тела и разработка искусственных поджелудочных желез для диабетиков. Два проекта такого рода — OpenAPS и AndroidAPS. Это обособленное направление, очень тесно связанное с биоинформатикой. Если вы задумывались, проводят ли биохакеры эксперименты на себе — да, так и есть.

Искусство

Предвосхищая комментарии в духе «это не настоящий биотех». Представители такого направления стремятся пропагандировать философию гаражных биотехнологий. Через призму искусства показывают новые разработки или просто силу биологии. И многое, стоит отметить, подсмотрено у другого направления — генной инженерии. А ещё это очень красиво. Да и возможность достаточно просто влиться в тусовку привлекает. Даже рисунки на донышках чашек Петри — не всегда про стерильность. Контаминирование может даже наоборот привнести «изюминку» в творение. Ниже можно полюбоваться примерами работ.

Одни из самых знаменитых выставок — «Машина плоти» (с упором на экстракорпоральное оплодотворение, наблюдение за телом и либеральную евгенику) и «Культ новой Евы» (по словам авторов, «наука является институтом власти в отношении производства знаний и стремится заменить эту конкретную социальную функцию традиционного христианства на Западе»).

Хизер Дьюи‑Хагборг — художник, информатик и биохакер, которая использует геномную ДНК, оставленную людьми для создания реалистичных трехмерных портретов.

Генная инженерия

С этим направлением уже возникают некоторые трудности. Для того чтобы как следует влиться в генную инженерию, нужно приложить в разы больше усилий и затрат. И тут намного важнее разбираться в биологии глубже, с пониманием генетических процессов, разработки векторов, понимания трофических связей у бактерий и пр. Это самое трудоёмкое направление, в то же время максимально важное с практической точки зрения.

Эксперименты бывают самые разные: от использования плазмид до выращивания флуоресцентных бактерий, контроля экспрессии генов в бактериях под воздействием света и даже компоновки бактериальных и дрожжевых геномов по технологии CRISPR  (да, технологию уже успешно освоили, несмотря на многочисленные возмущения и споры).

Гриндеры. Биохакеры-ноотропщики

Гриндеры — это субкультура биохакеров, занимающихся вживлением высокотехнологичных имплантатов (например, датчиков) или введением химических добавок в организм для улучшения или изменения его функций. Например, уже вживили подкожный магнитный имплант, который вибрирует и помогает понять направление движения. Но многие прежставители биохакерской братии занимаются всего лишь бесконтрольным приёмом БАДов и ноотропов, дабы «прокачать» себе организм. Есть ли в такой прокачке смысл? Абсолютно никакого. Равносильно тому, чтобы закинуться глицином перед экзаменом. Некоторые биохакеры даже решаются на экстремальные формы самоэкспериментирования.  Например, вводят под кожу LED-датчики.

Каков же суммарный выхлоп всего этого биохакинга?  Действительно ли гаражные биотехи оправдывают себя в той мере, которой заявляют и в той мере, которой спонсируются? Достижения всё же есть. Насколько они значимы и интересны — каждый читатель пусть рассудит сам.

Портативный анализатор ДНК Bento Lab

Прибор включает в себя центрифугу, гель-электрофорез, амплификатор и трансиллюминатор. По габаритам эта установка не больше сумки для ноутбука. По заявлениям разработчиков, такой прибор должен помочь не только профессиональным исследователям, но и людям, для которых биотех — хобби. Анализатором можно проверить наличие генных модификаций в пищевых продуктах, заглянуть в некоторые свои гены и подробнее узнать о генотипировании крови.

Флуоресцентный белок

Пожалуй, самая популярная разработка. Мередит Паттерсон, программист из Сан-Франциско, создала йогурт, светящийся в темноте. Для этого она встроила в геном кисломолочных бактерий флуоресцентный белок. На деле флуоресцентные белки часто используются в биотехе для отслеживания реакций или проверки уровня экпрессии генов.

Заменители продуктов

Роб Рейнхарт, по профессии — программист, изобрел жидкий заменитель пищи. Он назван Soylent и содержит все базово необходимые для человека питательные вещества. В 1 литре сойлента около 1000 ккал. Этот проект спонсировался за счёт краудфандинга, но клинические испытания так и не прошёл.

Микрофлюидика

О, да, лаборатории-на-чипе. Такие маленькие устройства, позволяющие смешивать жидкости за счёт электрического воздействия на них. При правильном дизайне и подходе можно воссоздать фактически любые реакции, даже те, что требуют большого количества времени в лаборатории. Такие чипы могут быть и секвенаторами, и амплификаторами, да и просто удобной штукой для проведения биохимических реакций. О том, как это работает, и как сделать чип, я уже писала тут.

Да, перечисленные достижения могут впечатлять. Да, они серьёзно продвинули науку. Но хватает ли технологий, реально доступных в настоящее время, чтобы замахнуться на более серьёзные вещи? Как правило, нет. Можно быть сколь угодно талантливым, самоотверженно стремиться к своим целям. Однако необходимо понимать, что для работы с биотехнологиями нужна соответствующая база. И это сейчас не про материально-техническую, а про достаточную теоретическую подготовку и отработку навыков. Далеко не каждый хакер этим располагает. Всё же зачастую биологическая информация искажается, или её насилу можно добыть в Интернете и в открытых источниках. Приобретет ли движение DIY Bio новый шарм и условную «огранку», если станет проще добывать приватные данные, а оборудование подешевет? Вполне возможно. Но придётся ещё долго повозиться с СанПином, с законодательством в этой сфере. Может, кто-то и сам примкнёт к одному из направлений гаражных биотехнологий и поможет с разгадками тайн природы и обеспечением биологической безопасности. История все же не всегда предсказуема.

А как вы думаете, насколько реально создание биотехнологической долины?