Ученые-биотехнологи из международной научной организации Open Facility Advancing Biotechnology (BIOFAB) работают над созданием механизма управления генетической информацией, который позволит программировать живые клетки. Прообразом «языка программирования тела» ученые выбрали Java, а результаты разработки планируется открыть по модели Open Source.
Дрю Энди (Drew Endy), один из руководителей BIOFAB, рассказал ресурсу Wired о том, что его организация в настоящий момент ведет работу над своеобразным «языком программирования», использующим генетические данные для изменения поведения живых клеток. Инициатива BIOFAB является частью активно развивающегося научного направления — генной инженерии, исследующего возможности изменения человеческого тела через изменение генома.
Гены, содержащиеся в клетках, несут в себе информацию, которая определяет, как клетка функционирует, причем некоторые части генома проявляют себя схожим образом в различных типах клеток и живых организмов. Этот факт позволил Дрю Энди и его команде предположить возможность создания своеобразного «языка программирования», при помощи которого ученые смогли бы управлять генной экспрессией — проявлением генов в организме в форме некоторых специфических для них признаков.
Говоря о генной экспрессии, команда Энди называет ее «прослойкой между геномом и динамическими жизненными процессами». По словам Цива Бар-Йозефа (Ziv Bar-Joseph), специалиста по биоинформатике университета Карнеги-Меллон, механизм генной экспрессии не сильно отличается от того, как сообщаются между собой компьютерные системы, причем одно и то же поведение наблюдается от системы к системе. Действительно, уже с конца шестидесятых годов XX века компьютерные системы создавались во многом по образу и подобию живых организмов, наделяясь способностью работать автономно и обмениваться информацией по стандартизированным путям.
Идея команды состоит в том, чтобы построить платформу для программирования, которая будет работать на самых различных типах клеток. В девяностых годах прошлого века в мире вычислительной техники была создана такая платформа, использующаяся для построения приложений, работающих на совершенно различных системах — виртуальная машина Java. Суть идеи команды Энди заключается в том, чтобы воспроизвести Java VM внутри живой клетки.
«Программное обеспечение на Java способно работать на множестве различных аппаратных платформ и информационных систем. Эта переносимость обеспечивается виртуальной машиной Java, которая создает единую операционную среду на большом разнообразии плаформ, так как код Java выполняется в замкнутой локальной среде, — пояснил Энди. — В синтетической биологии аналогом виртуальной машины Java будет искусственно созданный отдел клетки любого типа, необходимый для того, чтобы измененная ДНК не работала, где попало. Она должна работать в отделе клетки, предоставляющем единую изолированную среду для выполнения кода ДНК».
Энди сообщил, что в настоящий момент команда находится в поисках коммерческой компании, которая смогла бы помочь BIOFAB воссоздать это видение Java — очень близкое к оригинальному видению Sun Microsystems (создателя Java) — в мире биологии. Как и Sun, команда Энди придерживается философии Open Source: язык BIOFAB будет бесплатно доступен для использования, а его разработка будет вестись сообществом.
Проект BIOFAB пока что находится на ранней стадии. В настоящий момент Дрю Энди и команда работают над базовыми конструкционными блоками, своеобразной «грамматикой» языка. Одним из последних достижений команды, недавно освещенным журналом Science, стала разработка способа контролировать и усиливать сигналы, которые геном передает клетке. Сам Энди сравнивает этот процесс с работой старинного телеграфа.
«Если вы хотите послать телеграмму из Сан-Франциско в Лос-Анджелес, сигналы могут ослабеть, двигаясь по проводам, — рассказывает Энди о последнем открытии. — В какой-то момент вам понадобится релейная система, которая уловит сигналы до того, как они окончательно превратятся в шум, и усилит их до уровня, достаточного для дальнейшей передачи».
В настоящий момент команда добилась того, что может «с очень высокой долей вероятности» искусственно вызвать экспрессию до десяти генов. Этот факт демонстрирует, с какой скоростью развивается генная инженерия: год назад на то, чтобы вызвать экспрессию всего одного гена, потребовалось около семисот попыток.
С появлением языка программирования к концу десятилетия число генов должно увеличиться до сотни, заявляет Энди. Кроме того, исследователи стремятся сделать язык нечувствительным к вводу, чтобы клетки могли производить экспрессию именно тех генов, которые требуются исследователю, аналогично функции printf в программировании, которая осуществляет вывод вне зависимости от того, какой набор символов ей передан.
Энди убежден, что работа его команды не только имеет огромную важность, но и гораздо более применима в реальной жизни, нежели люди могут себе вообразить.
«Вся наша цивилизация держится на биологии. Нам необходимо узнать, как наладить взаимодействие с природой, чтобы делать то, что нам нужно, при этом не разрушая окружающую среду, — заявил он. — Я немного удивлен, что люди из других сообществ до сих пор держатся в стороне и не помогают нам напрямую в работе над единым языком программирования жизни».
«Все может пойти не так, — заявляет Энди на вопрос об этичности своего проекта. — Это может навредить людям. Это может делаться безответственно. Негодяи могут использовать это в дурных целях. Может произойти что угодно. Однако вдумайтесь, мы ведь не работаем в вакууме. История помнит много хороших программных разработок и практичных нормативных требований, которые обновляются вслед за развитием технологий. По мере того, как мир изменяется, нам следует быть начеку».