Эксперты рассказали про возможные риски из-за технологии изготовления ДНК на заказ

В ноябре 2016 года вирусолог Дэвид Эванс отправился в Женеву на заседание комитета Всемирной организации здравоохранения по исследованию оспы. Смертельный вирус был объявлен уничтоженным 36 лет назад; единственные известные живые образцы оспы находились на хранении у правительств США и России.

Однако Эванс сделал поразительное заявление: за несколько месяцев до встречи, он и его коллега фактически с нуля создали в своей лаборатории в Канаде близкого родственника вируса оспы. В последующем отчете ВОЗ написала, что метод команды «не требовал исключительных биохимических знаний или навыков, значительных средств или долгих лет разработки».

Эванс не согласился с этой характеристикой: процесс «требует огромных технических навыков», сказал он в интервью. Но некоторые технологии облегчили эксперимент. В частности, Эванс и его коллега смогли просто заказать длинные фрагменты ДНК вируса по почте в GeneArt, дочерней компании Thermo Fisher Scientific.

Если ДНК — это код жизни, то такие организации, как GeneArt, — это типографии: они синтезируют нестандартные нити ДНК и отправляют их ученым, которые могут использовать ДНК, чтобы заставить дрожжевую клетку светиться в темноте или создать бактерию, поедающую пластик, или создать вирус с нуля. Сегодня существуют десятки, а то и сотни компаний, продающих гены, предлагая ДНК по все более низким ценам. (Если ДНК напоминает длинный фрагмент текста, сегодня расценки часто ниже 10 центов за букву; при таких расценках генетический материал, необходимый для создания вируса гриппа, будет стоить менее 1500 долларов.) И новые передовые технологии — по сути, портативные генные принтеры — обещают сделать синтетическую ДНК еще более доступной.

Но, по крайней мере, с 2000-х годов эта область была омрачена опасениями, что кто-то будет использовать эти услуги для причинения вреда, в частности, для производства смертоносного вируса и использования его для совершения акта биотерроризма.

После теракта 11 сентября 2001 года, Соединенные Штаты ввели несколько правил безопасности в отношении поставщиков синтетических ДНК. До этого момента можно было совершенно законно сделать партию генов из вируса Эбола или оспы и отправить ее по адресу в США, не задавая вопросов, хотя фактическое создание вируса из этого генетического материала было незаконным в соответствии с законами, регулирующими владение определенными патогенами.

Вопрос о том, является ли это законной причиной для беспокойства, до сих пор обсуждается. Некоторые эксперты говорят, что создание вируса из синтетической ДНК остается непомерно трудным для большинства ученых, и что опасения по поводу биотерроризма часто преувеличены. В то же время новые некоммерческие инициативы, подпитываемые деньгами филантропов Силиконовой долины и временами вызывающие наихудшие сценарии, требуют более строгой защиты от неправомерного использования синтетической ДНК. Однако реализовать эффективную безопасность непросто, как и обеспечить соблюдение любых норм в разросшейся многонациональной отрасли.

реклама

«Не то чтобы я беспокоился о том, что что-то произойдет завтра. Но реальность такова, что эта способность становится все более мощной с точки зрения длины фрагментов ДНК, того, что вы можете с их помощью создать, способности реципиентов затем собирать фрагменты ДНК в новый вирус», — сказал Грегори Кобленц, специалист по биозащите и научный сотрудник Университета Джорджа Мейсона. «Это то, в чем мы действительно должны быть более активными — и попытаться опередить события».

Возможно, самым выдающимся ученым, предупреждающим об опасности неконтролируемого синтеза ДНК, является Кевин Эсвелт, биотехнолог из Массачусетского технологического института. В разговоре Эсвельт быстро переключается между техническими подробностями и тревогой о биотерроризме. Он часто говорит о Сэйити Эндо, японском вирусологе, который в 1987 году присоединился к апокалиптической секте Аум Синрикё. Эндо помог провести атаку с отравляющим газом в токийском метро, и группа пыталась — но, похоже, потерпела неудачу — создать в лаборатории вирус Эбола.

С тех пор создание патогенов стало проще, отчасти благодаря более широкой доступности синтетической ДНК. «Мне очень трудно представить, что дипломированный вирусолог из Киотского университета не сможет сегодня собрать вирус гриппа», — сказал Эсвельт.

По словам Эсвельта, проблема синтетической биологии заключается в доступности знаний: новые технологии дали группе ученых ключи для создания непостижимо опасных вирусов. Очень немногие, а может быть, и никто из этих ученых не желает сейчас использовать эту мрачную сверхспособность. Но Эсвельт утверждает, что появление следующего Эндо — это только вопрос времени.

По приблизительным оценкам Эсвельта, примерно 30 000 ученых во всем мире обладают навыками создания штамма пандемического гриппа при условии, что они смогут найти кого-то, кто синтезирует для них ДНК. Последствия высвобождения такого патогена могут быть катастрофическими.

«Никто не может создать ядерное оружие, — сказал Эсвельт. «Но вирус? К сожалению, это вполне выполнимо».

Не все верят его словам. «Вирусологов тысячи, но с такими навыками гораздо меньше», — написала вирусолог Анжела Расмуссен в Твиттере в ноябре, предполагая, что работа Эсвельта преувеличивает риски биотеррористической атаки. «Инфекционные клоны — это не то, что можно состряпать в гараже», — продолжила она, даже имея под рукой полный набор ДНК.

Зак Адельман, биолог, изучающий переносчиков болезней в Техасском университете A&M, поддержал эти доводы и поставил под сомнение более широкий подход Эсвельта. «Это похоже на его типичную тактику запугивания», — написал он в электронном письме Undark. «Может ли одинокий, преданный своему делу злонамеренный человек создать свой собственный штамм гриппа, избегая при этом обнаружения? Возможно, но даже в идеальных условиях эти эксперименты требуют значительного количества ресурсов».

Даже если кому-то удастся незаконно создать вирус, провести биотеррористическую атаку все равно сложно, считает Милтон Лейтенберг, эксперт по биобезопасности из Центра международных исследований и исследований в области безопасности Университета Мэриленда. «Все это невероятно преувеличено», — сказал он после рассмотрения заявлений Эсвельта, сделанных в подкомитете Палаты представителей США в 2021 году, о рисках преднамеренно вызванных пандемий.

Тем не менее, несмотря на то, что эксперты могут расходиться во мнениях относительно степени риска, многие согласны с тем, что определенная степень безопасности для синтетической ДНК необходима — и что существующие системы могут нуждаться в обновлении. «Я действительно думаю, что стоит иметь способ скрининга синтетической ДНК, которую люди могут заказать, чтобы убедиться, что люди не могут на самом деле реконструировать вещи, которые являются избранными агентами или другими опасными патогенами», — сказал Расмуссен.

Но стоит учесть, что в течение многих лет некоторые политики и лидеры отрасли настаивали на усилении безопасности синтеза ДНК.

В 2000-х годах, когда индустрия генного синтеза только зарождалась, политики все больше беспокоились о возможном неправомерном использовании услуг компаний. В 2010 году правительство США выпустило набор руководящих принципов, требуя от поставщиков синтетических ДНК пересматривать свои заказы на наличие "красных флажков".

Эти инструкции не имеют силы закона. Компании могут игнорировать их и они могут отправить почти любой ген кому угодно, по крайней мере, в пределах США (согласно федеральным правилам торговли, для экспорта определенных генов требуется лицензия). В 2009 году пять компаний сформировали Международный консорциум по синтезу генов, или IGSC. «Рост индустрии генного синтеза зависит от безупречных показателей безопасности», — написал тогдашний генеральный директор GeneArt в заявлении, посвященном запуску консорциума.

Члены консорциума согласились проверять своих клиентов. (Например, они не будут доставлять товары на абонентские ящики). И они также согласились проверять заказы, следуя стандартам, которые, по словам Кобленца, на самом деле строже, чем федеральные правила.

Но некоторые компании так и не явились на консорциум. Согласно одной часто цитируемой оценке, на долю лиц, не входящих в IGSC, приходится примерно 20 процентов мирового рынка синтеза ДНК. А это довольно таки большое количество лабораторий. «Честно говоря, мы на самом деле не знаем», — сказал Хайме Ясиф, возглавляющий группу по биологической политике по уменьшению ядерной угрозы и аналитическом центре в Вашингтоне, округ Колумбия. А некоторые компании, по его словам, похоже, вообще не проводят проверку.

Действительно, потратьте несколько минут на поиск синтетической ДНК в Google, и вы легко найдете компании, не входящие в IGSC, рекламирующие свои услуги. Трудно сказать, какие меры безопасности — если таковые имеются — применяются в этих компаниях.

В коротком телефонном разговоре Лулу Ванг, менеджер по работе с клиентами зарегистрированной в штате Делавэр компании Gene Universal, сказала, что компания выполняет заказы для всех желающих. Она не предоставила подробностей, вместо этого направив дополнительные вопросы на адрес электронной почты; компания отказалась на них отвечать. KareBay Biochem, поставщик, зарегистрированный в Нью-Джерси, не ответил на вопросы, отправленные по электронной почте. Мужчина, который ответил на звонок компании, узнав, что разговаривает с журналистом, сказал: «Извините, у меня нет комментариев» и повесил трубку.

Azenta Life Sciences, компания, торгуемая на Nasdaq, предоставляет «полные решения для синтеза генов», согласно ее веб-сайту, после приобретения поставщика синтетической ДНК Genewiz в 2018 году. Нигде на ее веб-сайте не упоминается биобезопасность. В электронном письме директор Azenta по связям с инвесторами Сара Сильверман написала, что компания «проводит проверку на биобезопасность», но отказалась предоставить подробности. Она не ответила на вопрос, почему Azenta не присоединилась к IGSC.

Отрасль в целом отличается неравномерной безопасностью. «Нет ни процесса стандартизации, ни сертификации, ни внешнего органа, проверяющего, насколько хорошо работает ваша система», — сказал Джеймс Дигганс, глава отдела биобезопасности в Twist Bioscience, который в настоящее время возглавляет совет IGSC. В результате, по его словам, «компании инвестируют в широком диапазоне столько, сколько они хотят приложить усилий в этом процессе».

Существуют также финансовые стимулы, чтобы обходить законные ограничения. Существующие системы скрининга ДНК берут цепочку ДНК из заказа и сравнивают ее с базой данных так называемых «вызывающих озабоченность». Если есть совпадение, эксперт по биоинформатике просматривает заказ — процесс, который является дорогостоящим и трудоемким. «Это, безусловно, несправедливое конкурентное преимущество, — сказал Дигганс, — если вы решите не инвестировать в безопасность или решите инвестировать в нее минимально».

Одним из решений, по мнению некоторых экспертов, является использование бесплатного, простого и высококачественного программного обеспечения для скрининга. В ближайшие месяцы планируется запустить две такие инициативы.

Одна система, получившая название SecureDNA, была запущена в качестве пилотного проекта в этом месяце с ограниченным доступом, и планируется, что она станет широко доступной к концу 2023 года. В ее основе лежит база данных миллиардов очень коротких фрагментов генетической информации, точное содержание которой тщательно охраняемый секрет. Небольшая группа ученых — Эсвельт, который является частью команды SecureDNA, называет их «кураторами» — в конечном итоге будет поддерживать и обновлять инструмент, базирующийся в Швейцарии. Заказы шифруются и направляются на серверы SecureDNA. Там автоматизированная система ищет совпадения между заказом и базой данных. Команда SecureDNA сообщает о первоначальных тестах в недавней статье, модель трудно обмануть, и исследователи предсказывают, что она редко будет давать ложные срабатывания. (Команда планирует отправить документ на экспертную оценку после тестирования SecureDNA на большем количестве реальных заказов).

Остается неясным, действительно ли все существующие компании присоединятся к проекту. В целях обеспечения максимальной безопасности система представляет собой нечто вроде черного ящика. По словам Эсвельта, пока ни одна компания не взяла на себя обязательство передать свой процесс скрининга SecureDNA, хотя некоторые компании согласились протестировать его.

Twist Bioscience, глава отдела биобезопасности, которая в настоящее время возглавляет совет IGSC, создает ДНК на заказ с помощью платформы для синтеза ДНК на основе кремния. Их технология может генерировать почти 10 000 генов одновременно.

В 2020 году ученый из команды по борьбе с ядерной угрозой начал разработку другого инструмента проверки в сотрудничестве со Всемирным экономическим форумом и консультативной группой экспертов. Инструмент, получивший название Common Mechanism for DNA Synthesis Screening и намеченный к запуску в 2023 году под эгидой новой международной организации, будет распространен среди компаний, которые затем смогут использовать программное обеспечение для поиска заказов на наличие потенциальных тревожных сигналов.

«Основная идея заключается в том, что если мы дадим компаниям инструмент, который удешевит и упростит выполнение правильных действий, то им будет очень интересно просто взять его», — сказал Ясиф.

Правительственные чиновники также стремятся поощрять более тщательный скрининг. Два года назад Министерство здравоохранения и социальных служб США начало процесс обновления своих рекомендаций 2010 года, которые, по словам экспертов, устарели. Новые рекомендации должны выйти в 2023 году. Среди прочих изменений они, вероятно, попросят компании начать проверку заказов на более короткие фрагменты ДНК, а не просто сосредоточиться на заказах на более длинные участки генетического материала. (Цель состоит в том, чтобы помешать людям покупать много коротких фрагментов ДНК, а затем связывать их во что-то с высоким риском).

В августе 2022 года губернатор Калифорнии Гэвин Ньюсом подписал закон, обязывающий систему Калифорнийского государственного университета покупать синтетическую ДНК только у компаний, которые проверяют их заказы, и требующий, чтобы система Калифорнийского университета делала то же самое.

«Это первое в США юридическое требование к пользователю синтетической ДНК обращать внимание на меры безопасности, действующие для того, что он заказывает», — сказал Кобленц, эксперт из Университета Джорджа Мейсона, который консультировал законопроект.

В конечном счете, по словам Кобленца, федеральное правительство должно делать больше для стимулирования хорошего скрининга. Например, крупные федеральные спонсоры науки могут предоставлять гранты при условии, что учреждения покупают свою ДНК у более надежных поставщиков, используя свою рыночную власть, сказал он, «чтобы требовать от исследователей использования мер биологической безопасности».

Пока, похоже, нет никаких планов по применению таких стимулов. «Соблюдение пересмотренного руководства, как и соблюдение руководства 2010 года, является добровольным», — написал в электронном письме Мэтью Шарки, федеральный ученый, работающий над новыми рекомендациями. И добавил, «в настоящее время ни одно федеральное агентство не требует их соблюдения в качестве условия финансирования исследований».

Среди других неотложных глобальных проблем эксперты по биобезопасности иногда изо всех сил пытались привлечь внимание к этой проблеме. Эссе 2020 года, которое Кобленц написал для «Бюллетеня ученых-атомщиков», называется «Биотехнологическая фирма специально создала вирус, похожий на оспу. Кажется, никого это не волнует».

В последнее время большая часть неотложных вопросов, связанных с безопасностью синтетической ДНК, исходит от сообщества эффективного альтруизма: разрозненного движения, сосредоточенного в Силиконовой долине, которое стремится использовать рациональный подход к тому, чтобы делать как можно больше добра. Сторонники часто тратят свою энергию на насущные проблемы общественного здравоохранения, такие как лечение малярии, а также на более редкие проблемы, такие как мошеннический искусственный интеллект или управление в космосе.

За последнее десятилетие движение приобрело известность, став основным спонсором инициатив по предотвращению пандемий, вызванных деятельностью человека. Две группы эффективного альтруизма, Effective Giving и Open Philanthropy, поддерживают проект Ясифа. Ясиф раньше работал в Open Philanthropy, которая также поддерживает SecureDNA. (В августе Эсвельт сказал Undark, что группа ведет переговоры о получении финансирования от FTX Future Fund, эффективного альтруистического предприятия, связанного с криптовалютной биржей FTX. По словам Эсвельта, они не завершили соглашение, и FTX эффектно рухнула в ноябре, на фоне обвинений в нецелевом использовании средств клиентов).

Несмотря на эти опасения по поводу биотерроризма, риски остаются в основном теоретическими. Лейтенберг, ученый в области биобезопасности из Мэриленда, начал работать над проблемами биологического оружия в 1960-х годах. В статье 2005 года он утверждал, что люди в полевых условиях часто преувеличивают риски, связанные с биотеррористами.

Как утверждает Лейтенберг, за последние два десятилетия США потратили миллиарды долларов на подготовку к биотеррористической атаке, но угроза, по крайней мере до сих пор, не материализовалась. «Настоящие биотеррористы, — сказал он, — до сих пор ничего не сделали». Он утверждает, что несчастные случаи в лаборатории представляют гораздо больший риск, чем мошенники.

Ясно то, что проблема регулирования производства синтетической ДНК только усугубляется, в частности потому, что производство ДНК становится проще. Если компании, занимающиеся синтезом ДНК, являются типографиями, то новое поколение стартапов сейчас производит принтеры для дома: так называемые настольные машины, некоторые из которых продаются в розницу менее чем за 100 000 долларов, что позволяет печатать ДНК на заказ в лаборатории.

И SecureDNA, и Common Mechanism надеются, что когда-нибудь компании смогут внедрять инструменты безопасности непосредственно в настольные устройства, чтобы они могли удаленно блокировать создание определенных последовательностей.

По словам Ясифа, новая технология может значительно расширить круг людей, имеющих доступ к индивидуальной ДНК. Он предупредил, что технология все еще находится в зачаточном состоянии. «Я не думаю, что уже завтра террористы смогут печатать вирусы», — сказал Ясиф. Но он добавил: «Я думаю, что это тревожный сигнал и нам нужно подумать об этом сейчас и уже сейчас укреплять безопасность».