Кто такие биохакеры

      Комментарии к записи Кто такие биохакеры отключены

Кто такие биохакеры

Современная наука может похвалиться множеством достижений, но кое-какие почему-то уверены в том, что из нее ушел дух «первооткрывательства», характерный научно-технической революции финиша XIX — начала XX века. Тогда научные изучения мирового уровня возможно было провести в домашней лаборатории, тогда как на данный момент для этого нужно сложное и дорогостоящее оборудование.

Само собой разумеется, по-настоящему революционные идеи, как и сто, и тысячу лет назад, осеняют только избранные умы, но доведение исследования и проверка гипотезы, скажем, в области молекулярной биологии, до логичного завершения — к примеру, до хорошей публикации — занятие дорогое и очень трудоемкое, выходящее далеко за пределы возможностей ученого-одиночки. Но внести вклад в науку под силу не только большим коллективам при соответствующем финансировании, но и энтузиастам вне всякой совокупности. Они именуют себя биохакерами.

На чистом энтузиазме

Биохакеры — это свободные ученые-любители, проводящие опыты в самостоятельно оборудованных домашних лабораториях. Цели у них смогут быть совсем различные: одни контролируют собственные блестящие идеи, другие занимаются этим легко забавы для, как хобби. Потому, что корни перемещения биохакеров находятся в Калифорнии, неподалеку от Кремниевой равнины, их инициативу довольно часто именуют «гаражным биотехом».

Из-за чего гаражным? Само собой разумеется, вследствие того 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, быстро поменявшего область изучений по окончании защиты диссертации в Принстонском университете во второй половине 90-ых годов двадцатого века. Случайно в поезде он разговорился с нобелевским лауреатом Сиднеем Бреннером, что пригласил его в личный Университет молекулярных изучений в Беркли (Калифорния) заняться биологией.

Осваивая молекулярно-биологические способы в коллективе биологов, инженеров и физиков, Роб нечайно сравнивал передний край биологических изучений, на котором он был, с субкультурой патлатых хакеров-энтузиастов, за 25 лет до того совершивших по соседству революцию в области персональных компьютеров. Его не отпускала навязчивая мысль: в случае если сделать биотехнологию дешёвой широким весам энтузиастов и любителей, это приведет к появлению новой субкультуры «гаражной биологии» и, быть может, новой революции. Тем более что солидную часть оборудования (подержанного, само собой разумеется) возможно приобрести с ощутимой скидкой через интернет.

В 2005 году в издании Wired Карлсон изложил собственный видение любительской науки и ее принципиальной доступности свободным исследователям. Дабы не быть бездоказательным, он решил организовать такую лабораторию в своей квартире и обзавелся подержанными микропипетками и центрифугой, приобретёнными на eBay. Совсем нежданно его мысль приобрела помощь множества последователей свободного научного поиска — и специалисты, ведущие на дому личный проект, и любители, в первый раз взявшиеся за пипетку, начали объединяться в организацию DIY-bio (do it yourself, «сделай сам»).

Эти люди берут через интернет подержанное и списанное лабораторное оборудование, делают из десятидолларовых веб-камер микроскопы и вместо серийных термостатов применяют для инкубации генно-модифицированных бактерий личные подмышки, поддерживающие температуру 37 °C совсем безвозмездно. Кое-где в Соединенных Штатах биохакеры создали маленькие «центры коллективного пользования», где за маленькую плату возможно пользоваться разным оборудованием. Помимо этого, в Америке и раньше были похожие случаи: к примеру, в случае если ученый желал запатентовать что-то независимо от собственной компании, он письменно показывал в качестве места проведения всех изучений персональный гараж!

Наука как хобби

Само собой разумеется, большая часть ученых отзывается о перемещении биологов-любителей скептически, не допуская мысли, что кому-то дома может пригодиться термоциклер либо центрифуга. Но вследствие этого возможно отыскать в памяти слова Кена Олсена, основателя Digital Equipment Corporation, что в 1970-х сообщил: «Я не знаю, для чего кому-то дома может пригодиться компьютер». на данный момент его высказывание воспринимается не в противном случае как забавный афоризм.

Но, пока вряд ли стоит действительно ожидать больших научных прорывов, идеальных биологами-самоучками на собственной кухне: гений все же скорее склонится к работе в обычной лаборатории, где возможностей для научной самореализации в любом случае намного больше. Однако здесь принципиально важно прежде всего второе — подтверждение хакерских правил (см. врезку «Хакерская этика») применительно к современным биологическим изучениям, и рвение к научному образу и знаниям мысли независимо от рода занятий и конкретной профессии человека.

В фантазии биохакерам не откажешь: к примеру, 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, взятого из медузы Aequorea victoria, в 2008 году была присуждена Нобелевская премия по химии).

Другие биохакеры занимаются изучением собственного (и не только) генома а также выполняют маленькие клинические изучения в надежде разыскать корни какого-нибудь заболевания. «Геномный блогер», узнаваемый под псевдонимом Dienekes Pontikos, ошарашил аспиранта-генетика Джозефа Пикрелла, разместившего в интернете собственный отсеквенированный геном, найдя в последовательности ДНК доказательства его иудейского происхождения. Пара групп занимаются тем, что пробуют создать формулу перспективного биологического топлива для решения проблемы энергетического кризиса.

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

Кружки по заинтересованностям

«Новая волна» в биологической науке породила гражданские «гаражные» лаборатории и «хакерспейсы» — кружки по заинтересованностям, объединяющие людей, в порядке хобби интересующихся биотехнологиями и воплощающих в судьбу проекты, другой раз хорошие передовых исследовательских университетов.

Одним из известных биохакерских проектов есть Bioluminescence («биолюминисценция»). Его цель — «взломать» код живой клетки, дабы она светилась с применением люциферазного механизма. Запущенный в первом хакерспейсе Biocurious (Сан-Хосе, США), данный проект черпает воодушевление в «реестре стандартных биозапчастей»: под кодом BBa_K325909 в том месте хранится как раз люциферазный оперон.

Весной 2013 года, заявив собственной целью создание светящихся растений как источников комнатного освещения, данный проект удачно 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 устройств в формате «сделай сам». Главной идеей была максимально низкая цена аппарата, состоящего преимущественно из общедоступных компонентов: фанерный корпус, блок питания от компьютера, термоэлемент, несложная электроника для подключения к компьютеру.

Инструкции по изготовлению, в соответствии с идеологии открытого доступа к информации, размещены в интернете, так что при особенном упорстве возможно, кроме того не беря комплекта «сделай сам», изготовить аналог. Начальное финансирование OpenPCR также взял через kickstarter. Заявленную сумму в $6000 проект собрал за десять дней, а к концу сборов эти деньги, пожертвованные вдохновленными идеей пользователями со всех стран, удвоились.

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

В базе лежит прямая баллистическая бомбардировка недифференцированных клеток растений наночастицами тяжелых металлов (в большинстве случаев золота), несущими на поверхности молекулы ДНК. И не смотря на то, что промышленные образцы для того чтобы устройства в далеком прошлом существуют и активно применяются, конструктору «свободного» аналога удалось снизить цена этого изделия в 500 раз. Как говорит создатель изобретения Рудигер Троек, «генная пушка — это устройство для генетической изменения клеток растений.

Оно широко применяется компаниями типа Monsanto — большими игроками рынка генетически модифицированных продуктов — с середины 1990-х годов, и в большинстве случаев цена таковой штуки образовывает $15 000. Я сделал аналог на базе примочки для взбитых сливок всего за $30, дабы показать, что эта разработка в принципе общедоступна».

Отдавая — приобретаешь

Наибольшей 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», и поддерживает «реестр стандартных биозапчастей» — обменник генетических конструкций, на базе которых возможно создавать всякие непременно нужные штуки, к примеру флуоресцирующий йогурт. Первый турнир был совершён еще в 2003 году среди студентов Массачусетского технологического университета, в 2005 году тусовка вышла на интернациональный уровень с 13 командами, а с 2012 года iGEM существует как отдельная от МIТ некоммерческая организация.

В 2013 году в турнире участвовали 215 университетских и 30 школьных команд из нескольких десятков государств. Само собой разумеется, предварительные этапы проходят в мире (для этого участники приобретают по почте нужные «биозапчасти»), и только финал идет в ноябре в Кембридже.

Участники турнира iGEM, играясь, разрабатывают такие вещи, как биосенсор мышьяка для определения качества питьевой воды в бедных государствах, «БаКровь» (замена эритроцитов на базе генно-инженерных бактериальных клеток, переносящих кислород, но не вызывающих сепсиса), новинки в области антибактериальных веществ и стволовых клеток, совокупность для обнаружения антибиотиков в молоке, органический строительный материал на базе грибов и другое. «Биозапчасти», разрабатываемые командами-участниками при подготовке к турниру, принято выкладывать в неспециализированный реестр, руководствуясь идеологией «отдавая — приобретаешь» (Get Give).

Раздельно стоит выделить роль биохакерства в распространении науки в беднейших государствах, в которых лаборатории либо кроме того целые университеты не смогут себе позволить купить современное оборудование. Доступность «опенсорсных» биотехнологий разрешает заняться современными научными изучениями кроме того на краю цивилизованного мира, не относясь через чур без шуток к классическим геополитическим барьерам, оставшимся где-то по ту сторону биохакерской этики.

Сделай сам

Перемещение DIY-bio воплощает идею «открытой науки», подразумевающую вольный 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 совокупностей из отдельных генетических блоков, перечень которых уже кроме того выкладывают в интернет, подобно исходным кодам ПО.

Но жизнь не очень-то обожает, дабы ее конструировали, так что удачи на этом поприще до тех пор пока достаточно скромны, и сделать что-нибудь сложнее лактозного оперона (фрагмент генома, кодирующий метаболизм лактозы у бактерий) ученым пока не удается: отдельные «запчасти» через чур сложно устроены и нелинейны по чертям, так что при несложном «склеивании» они довольно часто отказываются трудиться совместно.

Самое значительное достижение синтетической биологии на сегодня — это химический синтез (легко копирование того, что и без того имеется в природе!) полного генома бактерии, сделанный в 2010 году под управлением Крейга Вентера в его собственном университете, — но это, само собой разумеется, была работа целого коллектива, а не одиночки.

Вместе с ореолом футуристической прогрессивности опенсорсная биология унаследовала от вериги ужаса и синтетической биологии перед биотерроризмом, время от времени воображаемым средствами массовой информации как самая очевидная стратегия применения знаний в области конструирования судьбы. Идея о том, что много биологов-самоучек выводят в собственных траченных ржавчиной гаражах генно-модифицированных бактерий, стала для FBI невыносимой, и с 2009 года биохакеров в Соединенных Штатах взяли «на карандаш».

Не обращая внимания на то что страхи государственныхы служащих (по всей видимости, которые связаны с сибирской язвой либо чем-то родственным) на сегодня выглядят совсем беспочвенными, большая часть биохакеров предпочитают не связываться с силовиками и сотрудничают с ними, давая слово сразу же информировать «куда направляться», в случае если в сообществе станет известно о запуске вправду странных теневых проектов.

Спустя восемь лет по окончании ухода в «гаражи» Карлсон все еще уверен, что любительская биология может произвести революцию. Наверняка за истекшее время он успел бы взять многократно больше результатов, не покинь он лабораторию в пользу гаража, и приобретал бы за это заработную плат, вместо того дабы вкладывать большие суммы в оборудование собственного собственного рабочего пространства.

Но не всегда поступки человека управляются яркой кратковременной пользой, и при Роба Карлсона возможно заявить, что он продемонстрировал пример многим возможно неравнодушным к науке людям, как возможно заниматься любимым хобби. Тем более что это хобби, быть может, приведет к появлению нового, лучшего мира. Так как в интервью трехлетней давности один из столпов компьютерной индустрии, Билл Гейтс, согласился, что, если бы опять был молод, он программировал бы не компьютеры, а живую материю: «Если вы желаете поменять мир по-настоящему, направляться начать как раз с биологических молекул».

Создатель статьи — редактор сайта «Биомолекула».

Хакерская этика

Как правило в среде, далекой от компьютеров, хакерами именуют высокотехнологичных преступников и хулиганов, «взламывающих» компьютерные сети с целью наживы либо легко для спортивного интереса. В действительности это не верно, для опытных «взломщиков» существует особый термин — крэкеры. Хакеры и сами не смогут дать четкого определения собственному имени, но воображение рисует программиста либо эксперта по «железу» очень большого уровня, досконально разбирающегося в особенностях и тонкостях работы компьютерных совокупностей.

В более широком смысле хакер — это энтузиаст и эксперт в любой технической либо научной области, высоко ценящий способность и нестандартное мышление изящно решать непростые и нетипичные задачи. Субкультура хакеров выработала определенный кодекс поведения по отношению друг к другу и систему ценностей, в которой особенное место занимает тяга к знаниям и свойство решать непростые практические задачи.

Наряду с этим в среде хакеров принято ценить время и «не изобретать велосипед», делясь собственными достижениями с всем миром и сообществом в виде свободных и/либо открытых программ. Среди самых известных хакеров создатель открытого ядра Linux Линус Торвальдс и основатель концепции свободного ПО с открытым кодом (open source) Ричард Столлмэн.

Лабораторное оборудование

На аналитических весах отмеряются навески веществ для изготовление бессчётных химических и химических растворов. Данный правильнейший электронный прибор может регистрировать микрограммы (миллионные доли граммов) реактивов — чем выше класс, тем правильнее.

«Качалка» — аппарат для ритмичного покачивания колб с культуральной средой, в которой растут бактерии либо иные микробы (при перемешивании рост получается более контролируемым).

Микропипетки помогают для правильного отмеривания микролитровых количеств жидкостей — к примеру, растворов белков и ДНК. Такая точность требует прецизионного механизма, и исходя из этого хорошие микропипетки стоят много.

Морозилка — биологические образцы хранят при глубокой заморозке: -20 либо -70°С.

В микроцентрифуге возможно «откручивать» пробирки, разделяя находящиеся в них растворы биомолекул. К примеру, так из уничтоженных клеток возможно выделить рибосомы либо физически спрессовать молекулы ДНК и клетки, дабы трансформировать последние. В автоклаве стерилизуют многоразовую химическую посуду.

Термостат поддерживает постоянную температуру для оптимальных условий роста клеток.

Микроскоп нужен, как ни необычно, для наблюдения за микроскопическими объектами, клетками либо бактериями.

Форезная камера помогает с целью проведения гельэлектрофореза — химического метода разделения белков и ДНК в зависимости от их молекулярной массы. В данной камере заряженные молекулы движутся под действием электрического поля, «протискиваясь» через поры в геле. Большие и тяжелые молекулы будут двигаться медленнее небольших и легких.

ПЦР-машина, либо термоциклер помогает с целью проведения полимеразной цепной реакции (ПЦР) — «размножения» маленького количества ДНК. В базе ПЦР лежит работа додаваемых в пробирку ферментов-полимераз с циклическим трансформацией температуры реакционной смеси. Оптимальный подбор условий заставляет полимеразы цикл за циклом увеличивать количество ДНК в геометрической прогрессии — так как это та же самая работа, которой они и без того занимаются в клетке.

Спектрофотометр разрешает проводить спектральное изучение растворов молекул, говорящее о составе смеси. Различные молекулы, в особенности окрашенные, по-различному поглощают свет.

Хроматограф — прибор для разделения сложных биологических смесей в зависимости от физико-химических особенностей молекул. Подобрав нужную хроматографическую колонку и буферные растворы, возможно из раствора смеси белков выделить необходимый. Несложным хроматографом есть полоса фильтровальной бумаги, на которой под действием капиллярных сил будет разделяться смесь пигментов.

Тяга, либо ламинарный бокс — особый шкаф с вытяжкой для работы с страшными (ядовитыми) веществами. В вирусологических и других «страшных» лабораториях используется особый класс ламинаров, обеспечивающий герметичность рабочей территории.

Компьютер — при подготовке генно-инженерной конструкции для встраивания в определенный организм может потребоваться оптимизировать как целевой ген, так и многие вспомогательные элементы (точки репликации, промоторы, терминаторы) — во всем этом очень сильно оказывают помощь специальные программы.

Как «хакнуть» биойогурт

Одна из расхожих забав стихийных биохакеров — создание светящегося в темноте йогурта, в полной мере безвредного для приема вовнутрь. Для этого всего-то и необходимо, что вынудить йогуртный микроб синтезировать один-единственный дополнительный белок GFP, зеленый флуоресцентный белок из морской медузы. Упомянутое тут «всего-то» в самом деле обозначает относительно несложную генно-инженерную операцию — редко в то время, когда таковой впечатляющий эффект достигается внедрением только одного гена.

В йогурте постоянно живут два микроорганизма — Streptococcus thermophiles и Lactobacillus bulgaricus. В принципе, возможно «хакнуть» любой из них — эффект будет тот же, не смотря на то, что способы генной инженерии для каждого организма значительно отличаются.

В теории операция достаточно несложна и включает два главных этапа: подготовку генно-инженерной конструкции (молекулы ДНК, несущей ген GFP со всеми нужными запасными элементами) и изменение бактерий (создание таких условий, в которых бактерия приняла бы эту молекулу ДНК за собственную и сделала ее частью генома).

На практике всё пара сложнее — любой этап таит множество подводных камней и просто моментов, каковые не хорошо знают кроме того ведущие мировые биологи. К примеру, «внешнюю» ДНК возможно доставлять в форме плазмиды (относительно маленькой кольцевой молекулы ДНК) либо же получать встраивания ее в бактериальную хромосому. Второй вариант куда сложнее и дороже, но лишь он снабжает стабильную передачу флуоресцентного гена по наследству, по причине того, что плазмида теряется так же легко, как и приобретается.

1) Для начала пригодится плазмида, несущая ген флуоресцентного ген и белка устойчивости к какому-либо антибиотику. Последний нужен для контроля того, что бактерии удачно трансформировались, потому, что данный процесс неизменно весьма неэффективен.

Последовательность ДНК данной плазмиды возможно или создать самостоятельно посредством существующих компьютерных программ, или отыскать в «каталоге биозапчастей», но в любом случае нужно будет заказывать ее синтез и доставку, потому, что собственными силами этого не сделать. Само собой разумеется, самый несложный вариант — в случае если кто-то вам даст уже готовую проверенную плазмиду в виде высушенной под вакуумом молекулы ДНК, которая может храниться в морозилке годами.

2) Перед изменением клетки (пускай это будут лактобациллы) необходимо намерено подготовить. Дело в том, что в обычных условиях проглотить проплывающую мимо плазмиду готово только ничтожное количество бактериальных клеток. Такое свойство клеток глотать что ни попадя именуется компетентностью.

Больше всего компетентных клеток отмечается в конце фазы логарифмического роста бактериальной колонии, другими словами тогда, в то время, когда клетки продолжительно и вкусно питались и размножались в пробирке, но еще не начали между собой соперничать за ресурсы. Исходя из этого самый несложный и недорогой (не смотря на то, что и неэффективный) метод сделать клетки компетентными — «поймать» их в конце данной фазы и заморозить для предстоящего применения или сходу применять для изменения.

3) Сейчас пришло время для самого главного — изменения, другими словами переноса отечественной драгоценной «светящейся» ДНК в ничего не подозревающие бактериальные клетки. Для этого необходимо в пробирке на льду соединить культуру компетентных бактериальных клеток из п. 2 с плазмидной ДНК из п. 1. И вот затем бактериям устраивают шоковую терапию — кратко, но бессердечно нагревают их до 42 °C. От данной температуры бактерии совсем «теряют рассудок» и глотают все, что около них находится.

По окончании для того чтобы страшного стресса бактерии нужно поместить в самые комфортные для них условия — вкусная питательная среда, неагрессивное приятное тепло и качалка. Выжившие по окончании высокотемпературных издевательств бактерии пустятся в рост, в некоторых из них смогут находиться плазмиды, для которых все это и затевалось.

4) А смогут и не находиться. Удачно трансформировавшихся клеток будет мало — дабы распознать их, именно и понадобится второй ген плазмиды (см. п. 1), придающий бациллам устойчивость к антибиотику. Бактериальный осадок со дна пробирки растворяют, и раствор наносят на чашки Петри, которые содержат питательную среду с антибиотиком. Расти и образовывать колонии на ней смогут лишь те лактобациллы, каковые содержат ген устойчивости к антибиотику, другими словами плазмиду.

Кстати, они уже будут светиться зеленым в ультрафиолетовом луче. Основное, луч не должен быть через чур сильным, в противном случае он убьет бактерии.

5) Дальше генная инженерия кончается, и начинается фактически производство йогурта: «флуоресцентные» лактобациллы необходимо снова объединить со стрептококками и затевать ферментацию. А позже останется только в необходимый момент отключить свет и дотянуться УФ-лампу, дабы поразить гостей своим увлечением, столь далеким от «настоящей судьбы».

Статья «Биохакеры» размещена в издании «Популярная механика» (№136, февраль 2014).

КТО ТАКИЕ MIGOS?


Интересные записи на сайте:

Подобранные по важим запросам, статьи по теме: