בנובמבר 2017 פרסם הוצאת האינטרנט הבריטית The Independent מאמר על התכנית החדשה לביולוגיה סינתטית של סוכנות הפרויקטים למחקר מתקדם של משרד ההגנה האמריקאי (DARPA), Advanced Plant Technologies (APT). המחלקה הצבאית מתכננת ליצור אצות מהונדסות גנטית שיכולות לשמש כחיישנים שמקיימים את עצמן כדי לאסוף מידע בתנאים בהם השימוש בטכנולוגיות מסורתיות בלתי אפשרי. עד כמה הדבר ריאליסטי וכיצד הוא מאיים על האנושות?
ההנחה היא שניתן להשתמש ביכולות הטבעיות של הצמחים לאיתור כימיקלים רלוונטיים, מיקרואורגניזמים מזיקים, קרינה ואותות אלקטרומגנטיים. יחד עם זאת, שינוי הגנום שלהם יאפשר לצבא לשלוט על מצב הסביבה ולא רק. זה, בתורו, יאפשר לעקוב מרחוק אחר תגובת המפעלים באמצעים טכניים קיימים.
וירוסים צייתנים
לדברי בלייק בקסטיין, מנהל התוכנית APT, מטרת DARPA במקרה זה היא לפתח מערכת יעילה לשימוש חוזר לעיצוב, יצירה ובדיקה ישירה של פלטפורמות ביולוגיות שונות עם יכולות הניתנות להתאמה גבוהה הניתנות ליישום במגוון רחב של תרחישים.
בואו לתת כבוד למדענים אמריקאים ולמחלקה הצבאית האמריקאית, המקדמת באופן פעיל את פיתוח הביולוגיה הסינתטית. יחד עם זאת, נציין כי ההתקדמות המשמעותית של השנים האחרונות, שתוצאותיה הצפויות צריכות להיות מכוונות לטובת האנושות, יצרה בעיה חדשה לגמרי, שתוצאותיה בלתי צפויות ובלתי צפויות. מסתבר שלארצות הברית יש כיום את היכולת הטכנית לעצב מיקרואורגניזמים מלאכותיים (סינתטיים) שנעדרים בתנאים טבעיים. המשמעות היא שאנו מדברים על דור חדש של נשק ביולוגי (BW).
אם אתה זוכר, במאה השנים האחרונות מחקר אמריקני אינטנסיבי לפיתוח BW נועד הן להשגת זנים של גורמים סיבתיים למחלות זיהומיות מסוכנות בבני אדם עם תכונות משתנות (התגברות על חסינות ספציפית, עמידות פוליאנטיביוטית, הגברת הפתוגניות), והן פיתוח אמצעי הזיהוי וההגנה שלהם. כתוצאה מכך, שיטות האינדיקציה והזיהוי של מיקרואורגניזמים מהונדסים גנטית שופרו. פותחו תוכניות למניעה וטיפול בזיהומים הנגרמים על ידי צורות חיידקים טבעיות ושונות.
הניסויים הראשונים בשימוש בטכניקות וטכנולוגיות של DNA רקומביננטי בוצעו עוד בשנות ה -70 והוקדשו לשינוי הקוד הגנטי של זנים טבעיים על ידי הכללת גנים בודדים בגנום שלהם שיכולים לשנות את תכונות החיידקים. זה פתח בפני מדענים הזדמנויות לפתור בעיות חשובות כמו ייצור דלקים ביולוגיים, חשמל חיידקי, תרופות, תרופות אבחון ופלטפורמות רב אבחנתיות, חיסונים סינתטיים וכו '. דוגמה ליישום מוצלח של מטרות כאלה היא יצירת חיידק מכיל DNA רקומביננטי ומייצר אינסולין סינתטי …
אבל יש גם צד אחר.בשנת 2002, פוליו -וירוסים קיימא סונתזו באופן מלאכותי, כולל אלה הדומים לפתוגן של שפעת ספרד, שגבתה עשרות מיליוני בני אדם בשנת 1918. למרות שנעשים ניסיונות ליצור חיסונים יעילים המבוססים על זנים מלאכותיים כאלה.
בשנת 2007, מדענים ממכון המחקר J. Craig Venter (JCVI, ארה ב) הצליחו בפעם הראשונה להעביר את כל הגנום של מין חיידקי אחד (Mycoplasma mycoides) לאחר (Mycoplasma capricolum) והוכיחו את כדאיותו של מיקרואורגניזם חדש.. כדי לקבוע את המקור הסינתטי של חיידקים כאלה, בדרך כלל מוכנסים לגנום סמנים, מה שנקרא סימני מים.
ביולוגיה סינתטית היא אזור המתפתח באופן אינטנסיבי, המייצג צעד חדש ואיכותי בהתפתחות ההנדסה הגנטית. החל מהעברת מספר גנים בין אורגניזמים לתכנון ובנייה של מערכות ביולוגיות ייחודיות שאינן קיימות בטבע עם פונקציות ומאפיינים "מתוכנתים". יתר על כן, רצף גנומי ויצירת מאגרי מידע של גנום שלם של מיקרואורגניזמים שונים יאפשרו לפתח אסטרטגיות מודרניות לסינתזת DNA של כל חיידק במעבדה.
כידוע, ה- DNA מורכב מארבעה בסיסים, שרצףם והרכבם קובעים את התכונות הביולוגיות של אורגניזמים חיים. המדע המודרני מאפשר הכנסת בסיסים "לא טבעיים" לגנום הסינתטי שאת תפקודו בתא קשה מאוד לתכנת מראש. וניסויים כאלה על "הכנסת" הגנום המלאכותי של רצפי DNA לא ידועים עם פונקציות לא ידועות כבר מתבצעים בחו"ל. בארצות הברית, בריטניה ויפן הוקמו מרכזים רב תחומיים העוסקים בביולוגיה סינתטית; חוקרים בעלי התמחויות שונות עובדים שם.
יחד עם זאת, ברור כי השימוש בטכניקות מתודולוגיות מודרניות מגביר את הסבירות לייצור "מקרי" או מכוון של חומרים כימיים של נשק ביולוגי שאינו ידוע לאנושות עם קבוצה חדשה לגמרי של גורמי פתוגניות. בהקשר זה עולה היבט חשוב - הבטחת הבטיחות הביולוגית של מחקרים כאלה. לדברי מספר מומחים, הביולוגיה הסינתטית שייכת לתחום הפעילות עם סיכונים גבוהים הקשורים לבניית מיקרואורגניזמים קיימים חדשים. לא ניתן לשלול כי צורות חיים הנוצרות במעבדה יכולות לברוח ממבחנה, להפוך לנשק ביולוגי, וזה יאיים על המגוון הטבעי הקיים.
יש להקדיש תשומת לב מיוחדת לעובדה שלמרבה הצער, בעיה חשובה נוספת לא באה לידי ביטוי בפרסומים על ביולוגיה סינתטית, כלומר שמירה על יציבות הגנום החיידקי שנוצר באופן מלאכותי. המיקרוביולוגים מודעים היטב לתופעת המוטציות הספונטניות עקב שינוי או אובדן (מחיקה) של גן בגנום החיידקים והנגיפים, מה שמוביל לשינוי בתכונות התא. עם זאת, בתנאים טבעיים, תדירות המופע של מוטציות כאלה נמוכה וגנום המיקרואורגניזמים מאופיין ביציבות יחסית.
התהליך האבולוציוני עיצב את המגוון של עולם החיידקים במשך אלפי שנים. כיום, כל הסיווג של משפחות, סוגים ומיני חיידקים ווירוסים מבוסס על יציבות רצפים גנטיים, המאפשרת זיהוי וקביעת תכונות ביולוגיות ספציפיות. הם היו נקודת המוצא ליצירת שיטות אבחון מודרניות כגון קביעת פרופילי חלבון או חומצת שומן של מיקרואורגניזמים באמצעות ספקטרומטריית מסה MALDI-ToF או ספקטרומטריית מסה כרומטית, זיהוי רצפי DNA ספציפיים לכל חיידק באמצעות ניתוח PCR וכו '.יחד עם זאת, יציבות הגנום הסינתטי של חיידקים "כימיים" אינה ידועה כיום, ואי אפשר לחזות עד כמה הצלחנו "לרמות" את הטבע ואת האבולוציה. לכן, קשה מאוד לחזות את ההשלכות של חדירה מקרית או מכוונת של מיקרואורגניזמים מלאכותיים כאלה מחוץ למעבדה. אפילו עם "חוסר הזיקות" של החיידק שנוצר, שחרורו "לאור" עם תנאים שונים לחלוטין מהמעבדה יכול להוביל להגברת המוטליות ולהיווצרות גרסאות חדשות בעלות תכונות לא ידועות, אולי תוקפניות. המחשה חיה של עמדה זו היא יצירת חיידק מלאכותי סינתיה.
מוות על הבקבוק
סינתיה (מעבדת Mycoplasma) היא זן סינתטי שמקורו במעבדה של mycoplasma. הוא מסוגל להתרבות עצמאית ונועד, על פי דיווחים בתקשורת הזרה, לחסל את ההשלכות של אסון הנפט במימי מפרץ מקסיקו על ידי ספיגת זיהום.
בשנת 2011 שוגרו חיידקים לאוקיינוסים כדי להרוס דליפות נפט המהוות איום על האקולוגיה של כדור הארץ. החלטה זו הפריזה והמחושבת בצורה גרועה הפכה במהרה לתוצאות קשות - המיקרואורגניזמים יצאו מכלל שליטה. היו דיווחים על מחלה איומה, שכינו העיתונאים את המגפה הכחולה וגרמו להכחדת בעלי חיים במפרץ מקסיקו. יחד עם זאת, כל הפרסומים שגרמו לפאניקה בקרב האוכלוסייה שייכים לכתבי העת, בעוד שפרסומים מדעיים מעדיפים לשתוק. נכון לעכשיו, אין הוכחות מדעיות ישירות (או שהן מוסתרות במכוון) לכך שהמחלה הקטלנית הלא ידועה נגרמת על ידי סינתיה. עם זאת, אין עשן ללא אש, לכן הגרסאות המוצהרות של האסון האקולוגי במפרץ מקסיקו דורשות תשומת לב ומחקר.
ההנחה היא כי בתהליך קליטת מוצרי הנפט, סינתיה שינתה והרחיבה את דרישות התזונה על ידי הכללת חלבונים מן החי ב"דיאטה ". כשהוא נכנס לפצעים מיקרוסקופיים בגוף של דגים ובעלי חיים ימיים אחרים, הוא מתפשט דרך זרם הדם לכל האיברים והמערכות, ממש מחריד את כל מה שנמצא בדרכו תוך זמן קצר. בתוך ימים ספורים, העור של כלבי הים מכוסה בכיבים, מדמם כל הזמן, ואז נרקב לחלוטין. למרבה הצער, דיווחו על מקרים קטלניים של המחלה (עם אותו תסמין סימפטום) ועל אנשים ששוחים במפרץ מקסיקו.
נקודה מהותית היא העובדה שבמקרה של סינתיה לא ניתן לטפל במחלה באנטיביוטיקה ידועה, שכן בנוסף ל"סימני המים "הוכנסו גנים לעמידות לתרופות אנטיבקטריאליות בגנום החיידקי. האחרון מעורר שאלות ומפתיע. מדוע החיידק הספרופיטי המקורי, שאינו מסוגל לגרום למחלות בבני אדם ובעלי חיים, זקוק לגנים העמידים לאנטיביוטיקה?
בהקשר זה, שתיקתם של הפקידים והמחברים לזיהום זה נראית לפחות מוזרה. לדברי כמה מומחים, יש הסתרה של קנה המידה האמיתי של הטרגדיה ברמה הממשלתית. כמו כן, מוצע כי במקרה של שימוש בסינתיה, אנו מדברים על שימוש בנשק בקטריולוגי של קשת פעולה רחבה, המהווה איום על הופעתה של מגיפה בין -יבשתית. יחד עם זאת, על מנת להפיג בהלה ושמועות, בארצות הברית יש את כל ארסנל השיטות המודרניות לזיהוי מיקרואורגניזמים, ולא קשה לקבוע את הגורם האטיולוגי של הזיהום הלא ידוע הזה. כמובן שלא ניתן לשלול שזוהי תוצאה של השפעתו הישירה של השמן על אורגניזם חי, אם כי תסמיני המחלה מעידים יותר על אופיו המדבק. אף על פי כן, אנו חוזרים על השאלה, דורשת בהירות.
דאגה טבעית למחקר בלתי מבוקר של מדענים רוסים וזרים רבים. כדי להפחית את הסיכון, מוצעים מספר כיוונים - הכנסת אחריות אישית להתפתחויות עם תוצאות שאינן ניתנות לתכנות, עלייה באוריינות מדעית ברמת ההכשרה המקצועית ומודעות ציבורית רחבה להישגי הביולוגיה הסינתטית באמצעות התקשורת. אך האם הקהילה מוכנה לפעול לפי כללים אלה? למשל הוצאת נבגי אנתרקס ממעבדה אמריקאית ושליחתם במעטפות מעוררת ספק ביעילות השליטה. יתר על כן, בהתחשב באפשרויות המודרניות, ניתן להקל על זמינות מאגרי הנתונים של רצפים גנטיים של חיידקים, כולל גורמים סיבתיים לזיהומים מסוכנים במיוחד, טכניקות סינתזה של DNA, שיטות ליצירת חיידקים מלאכותיים. לא ניתן לשלול קבלת גישה בלתי מורשית למידע זה על ידי האקרים עם המכירה לאחר מכן לגורמים מעוניינים.
כפי שהניסיון של "שיגור" סינתיה לתנאים טבעיים מראה, כל האמצעים המוצעים אינם יעילים ואינם מבטיחים את הבטיחות הביולוגית של הסביבה. בנוסף, לא ניתן לשלול כי עלולות להיות השלכות אקולוגיות ארוכות טווח של החדרת מיקרואורגניזם מלאכותי לטבע.
אמצעי הבקרה המוצעים - מודעות תקשורתית רחבה ואחריות אתית מוגברת של חוקרים ביצירת צורות מלאכותיות של מיקרואורגניזמים - עדיין אינם מעודדים. היעילה ביותר היא הרגולציה המשפטית של הבטיחות הביולוגית של צורות חיים סינתטיות ומערכת הניטור שלהן ברמה הבינלאומית והלאומית על פי מערכת הערכת הסיכונים החדשה, שאמורה לכלול מחקר מקיף, ניסיוני המבוסס על עדויות על ההשלכות ב תחום הביולוגיה הסינתטית. פתרון אפשרי יכול להיות גם הקמת מועצת מומחים בינלאומית שתעריך את הסיכונים בשימוש במוצריה.
ניתוח מראה שהמדע הגיע לגבולות חדשים לגמרי והציב בעיות בלתי צפויות. עד כה תוכניות לאיתור וזיהוי של גורמים מסוכנים נועדו לאיתורן על סמך זיהוי של סמנים אנטיגניים או גנטיים ספציפיים. אך כאשר יוצרים מיקרואורגניזמים כימרים עם גורמים שונים של פתוגניות, גישות אלה אינן יעילות.
יתר על כן, התכניות שפותחו כיום לטיפול מונע ספציפי וחירום, טיפול אטיוטרופי בזיהומים מסוכנים עשויות להתברר גם כחסרות תועלת, שכן הן מחושבות, אפילו במקרה של שימוש באופציות שהשתנו, עבור פתוגן ידוע.
האנושות, באופן לא מודע, נכנסה לנתיב הלוחמה הביולוגית עם השלכות לא ידועות. יתכן שלא יהיו מנצחים במלחמה זו.
