• В Эстонии много историй успеха в области инфотехнологий, но пока не в области биотехнологий.
• В такой маленькой стране, как Эстония, успех проекта не гарантирован, но, как показывает пример Литвы, возможен.
• Способность читать и писать собственный код является частью естественной эволюции любого вида.
• В будущем отходы и выхлопные газы можно превратить в пищу для бактерий, которые будут производить полезные химикаты.

Прежде всего, поздравляю: Европейская комиссия наградила ваш исследовательский центр грантом на развитие в размере 15 миллионов евро, к которому государство добавило столько же. Насколько 30 миллионов существенная сумма в мире биотехнологий? 

В США речь идет даже о триллионах долларов. Там сотни новых биотехнологических стартапов и десятки единорогов.

По нашим меркам это довольно большая сумма. Я думаю, что в конечном итоге она возрастет. Как говорят в Брюсселе, это только начальный капитал. Каждый прибывающий сюда исследователь, в которого мы вкладываем, обычно многократно возвращает зарубежное финансирование. Если мы наймем очень хороших людей, то уже по прошествии шести лет сможем значительно увеличить полученную сумму. В этом и замысел. 

Также мы надеемся, что вся создаваемая нами экосистема будет включать венчурный капитал. Наш недостаток в том, что у нас пока нет такого бума в биотехнологиях, как в сфере инфотехнологий. Однако он обязательно доберется до нас: большая часть этого финансирования предназначена на создание стартапов и развитие биоиндустрии. Это не только исследовательский грант, но и создание структуры и сотрудничество в отрасли. Мы будем нанимать людей, целью которых является создание новых стартапов. Исследования, которые мы проводим, должны выйти из-за пределов лаборатории и найти применение.

Финансовое вливание поможет в развитии Эстонского центра биологической устойчивости. Какие области исследований и какая исследовательская деятельность скрывается за этим названием?

Этот центр уже создан. Мы основали его еще в 2015 году и начали постепенно строить лабораторию. В то время мы обращались за деньгами в разные места. Построили отдельную лабораторию синтетической биологии, а также лабораторию ферментации, газовой ферментации и лесохимии. С одной стороны, это как бы консорциум, но есть и совсем новые лаборатории.

Текущий грант дает нам возможность построить еще четыре-пять единиц. Таким образом, постепенно из различных блоков формируется большой центр. 

Чем конкретно занимается центр?

Нашей целью является синтетическая биология и молекулярная биология, ориентированная скорее на биотехнологии, химические вещества на биологической основе и биоматериалы. Вот почему мы называем его Центром биологической устойчивости, что является прямым переводом названия наших датских партнеров — Novo Nordisk Foundation Centre for Biosustainabilty.

Их тоже интересует, как научить клетки использовать биологические субстраты, например, отходы. В Эстонии это в основном опилки и отходы деревообрабатывающей промышленности. В Западной Европе — отходы свеклосахарных ферм, в Шотландии — от производства виски и рапсового масла. Все это идет в биореакторы в качестве корма, чтобы дрожжи и бактерии могли его съесть и что-то произвести.

Одна из наших больших тем — новая еда. Например, микробные жиры — чтобы нам не приходилось использовать столько пальмового и кокосового масла, которое поступает из стран, где плантации этих деревьев конкурируют с тропическими лесами. Это и есть биоустойчивость.

С другой стороны, у нас газовое брожение мирового класса. Это означает, что мы собираем CO и CO₂ с помощью бактерий, и они производят важные химические вещества. Таким образом, мы можем синтезировать материалы на биологической основе, которые иначе изготавливаются из нефти. При этом бактерии, которые мы проектируем в лаборатории нашего центра, могут связывать СО₂ и угарный газ из отходящих газов заводов или прямо из воздуха, так же как это делают растения при фотосинтезе. Отходы деревообрабатывающей промышленности также можно газифицировать вместо сжигания в печи и использовать в качестве пищи для бактерий при газовом брожении.

В целом, это название выражает желание, чтобы наша экономика функционировала так же как природа. Только в этом случае синтетическая биология, биореакторы и искусственные клетки помогают нам поддерживать устойчивый углеродный цикл. Теперь мы подходим к сути дела: чтобы сделать все это, нам нужно спроектировать множество геномов.

Вы планируете начать проектирование клеток, объединив синтетическую биологию и цифровые технологии. Давайте сперва познакомим читателей с первой половиной этого уравнения. Слово "синтетический" означает нечто "не натуральное, а искусственное". Чем ваши действия отличаются от игры в бога?

Это точно не игра в бога. Это очень далеко от этого. Люди модифицировали геном на протяжении тысячелетий, используя более простые методы. Более точечные изменения начали делать уже в 1970-х и 1980-х годах. 

Дизайн генома и само название синтетическая биология происходят из тех времен, когда около десяти лет назад синтезированная ДНК, используемая для перепрограммирования клеток, начала стремительно дешеветь. Когда я вернулся из Америки, одна пара оснований ДНК стоила 16 центов. Сейчас это как минимум в тысячу раз дешевле.

Синтез очень длинных цепочек ДНК также стал дешевле. Я не говорю об одиночных мутациях, которые мы делаем, например, методом CRISPR. Небольшие мутации в одном гене приводят к очень небольшим изменениям. Но теперь представьте: сейчас синтезируется целая хромосома дрожжей — в каждой могут быть тысячи изменений. Это невероятные возможности.

Еще двадцать лет назад нам требовалось очень много времени, чтобы внести в наши гены небольшие изменения. Теперь мы можем за один день протестировать тысячи мутаций и их комбинаций. Когда мы построим наш центр, роботы-дозаторы и очень быстрые анализаторы будут брать образцы из маленьких пробирок каждые двадцать секунд и изучать тысячи клеток с помощью масс-спектрометра. В этом смысле это действительно ускоренная эволюция.

Однако синтетическая биология — это всегда сочетание рационального замысла и некоторой случайности. У эволюции было много времени, миллионы лет. Мы же спешим к достижению биологической устойчивости. У нас есть пара десятков, может быть, 30-40 лет. Мы должны пустить в ход и человеческое инженерное мышление, и случайность мутаций. Здесь в игру вступают инфотехнологии и машинное обучение.

Другая часть уравнения — цифровые технологии. Речь идет о больших базах данных, таких как Эстонский генный фонд. Что синтетический биолог делает с этими базами данных? Вы показываете, как создать лучшие клетки и бактерии?

Имея дело с классическими биохимическими методами, мы еще до изучения кристаллических структур привыкли смотреть, что делает каждая мутация. Мы пытаемся понять механизм, как в разработке лекарств. Проблема в том, что в контексте достижения устойчивости у нас больше нет на это времени.

Кроме того, у нас даже нет такой возможности. Допустим, у нас есть 1000 новых мутаций, и оказывается, что такая клетка работает именно так, как мы хотим. Нам потребуются десятилетия, чтобы понять, как все эти мутации работают вместе. Здесь на помощь приходит машинное обучение. Мы больше не будем углубляться в механизмы, мы просто рассмотрим закономерности. Машина учится на этих шаблонах. Если эти паттерны начинают повторяться, их можно снова комбинировать. Тогда можно сказать, что машинное обучение немного похоже на естественную эволюцию.

Другими словами, нам больше не нужно самостоятельно выяснять свойства всех клеток и бактерий. Умная машина просеивает базы данных, и думает намного быстрее. Можно ли сказать, что деньги ускорили процессы?

Естественный отбор также не задумывается о том, что означают эти мутации. Он просто выбирает лучшую комбинацию. Сейчас машинное обучение помогает в выборе оптимальной комбинации, что является очень большим прорывом. Это называется оцифровкой биологии.

Роль биоинформатики в молекулярной и синтетической биологии в настоящее время чрезвычайно возрастает. Выиграют те, кто инвестирует в это сейчас. У нас, конечно, есть здание Delta, но здесь, в кампусе биоинформатики почти нет. Современная биоинформатика в Эстонии очень хороша, но в основном она базируется на генном фонде и болезнях.

Когда созданные вами клетки и большие данные объединятся, должно родиться что-то новое. Что же это за новое и беспрецедентное, чего ждет от вас биоиндустрия? Сможет ли кто-то и в Эстонии воспользоваться этими инновациями?

Это интересный вопрос. Многое зависит от среды и государства.

Во всем мире синтетическая биология коммерциализировалась, и наша модель будет такой же. Дело не столько в кооперации с промышленностью, сколько в том, чтобы университеты готовили квалифицированных работников для промышленности — посдокторантов и докторантов. Сами университеты не сильно расширяются, но в настоящее время наблюдается очень большая миграция из университетов в новые стартапы. Молодые люди хотят делать что-то, что улучшает мир. В Америке даже проблема в том, что университеты остаются пустыми и там никто не хочет работать. У нас впереди этот переход. Наш проект создаст для него структуры и возможности.

В Эстонии есть несколько биотехнологических стартапов, но их очень мало. На исторических крупных промышленных предприятиях Эстонии интерес к синтетической биологии, возможно, ограничивается лесохимией. Так что для нашей промышленности это новая отрасль.

В то же время, например, о Литве этого сказать нельзя. Биотехнология там развита гораздо лучше, то есть, в небольшой восточноевропейской стране это вполне возможно. Литва — очень хороший пример. Думаю, мы поступим так же.

Также наши датские партнеры за последние десять лет создали более 30 стартапов. Так работает эта модель. У них был, например, один докторант, очень амбициозный, у него была идея, а потом он начал действовать. Некоторым нравится заниматься фундаментальной наукой, некоторые становятся предпринимателями. Этот студент развил свой стартап до такой степени, что летом он был продан крупному французскому химическому концерну за несколько сотен миллионов.

Важно, что он не стал сразу предлагать себя в качестве партнера по сотрудничеству в отрасли. Ничего бы он тогда не достиг. Промышленность часто не сразу понимает прорывные инновации, и был необходим весь этот процесс запуска стартапа. Когда компания достигает определенного уровня, ее покупает промышленность.

Если помечтать, то лет через шесть повсюду будут говорить об историях успеха цифровой биологии так же, как сегодня обсуждают Bolt и Wise?

Я надеюсь, что это будет так. Но это зависит и от нашего ИТ-сектора. Я думаю, что есть довольно много людей, которым это интересно — может быть, они уже заработали достаточно денег, чтобы попробовать что-то новое.

Но достаточно ли они компетентны и расторопны, чтобы заняться синтетической биологией?

Но они же видят, что происходит в мире. Там говорят, что развитие цифровой биологии — это новая возможность для ИТ-сектора. XXI век – это все же век, когда люди учатся программировать природу.

Мы поняли генетический код только в 1960-х годах, а теперь объемы данных стали достаточно большими. Согласно очень серьезным анализам, до 60 процентов ресурсов, используемых во всей мировой экономике — химикаты, материалы и т. д. — будут производиться биологическими системами через несколько десятилетий. То же самое и в фармацевтической промышленности, хотя лекарства и так в основном являются биологическими веществами.

Не исключаю, что в будущем у нас появятся живые стройматериалы, дома из которых будут дышать и воспринимать рецепторами окружающую среду. Они будут находиться в гармонии со средой подобно дереву.

Почему мы не можем полностью следовать природе в этом смысле? Я не боюсь синтетической биологии. Это на самом деле самый важный поворотный момент человеческого вида. Тот факт, что структура ДНК была опубликована в 1953 году, а генетический код был понят в 1960-х, является самым важным моментом в развитии всего человечества. Это означает, что мы поняли свой собственный код и за последние годы научились его перепрограммировать. Одно дело понимать код, другое — научиться писать его самостоятельно. Одно дело читать книгу на иностранном языке и понимать ее, а другое дело говорить. Сейчас самое время.

В науке всегда есть противники, но когда у нас есть такая мощная технология, все эти этические барьеры обязательно будут пройдены. Я сам был в рабочей группе по синтетической биологии в Организации Объединенных Наций. Там, например, уже несколько десятилетий существует очень сильное противодействие ГМО.

Однако разработки в написании этого кода продолжается. Представьте себе научно-фантастическую ситуацию, когда на Землю прибывает инопланетная цивилизация, более развитая, чем мы. В таком случае было бы совершенно немыслимо, чтобы они еще не выяснили, кто они и как они закодированы.

Под этим я подразумеваю, что кодирование генов — это не что-то сатанинское или игра в Бога. Это логическое эволюционное развитие.

Так сказать, азбучные истины каждого уважающего себя вида?

Да. Если интеллект вида развит достаточно хорошо, то вполне естественно, что в какой-то момент они заинтересовались этим. Еще со времен древних философов мы задавались вопросом, кто мы, откуда мы пришли, куда мы идем. Это естественно.

Также естественно, что мы уже используем эти знания в фармацевтической промышленности и в других сферах. В природе все существа на самом деле приспосабливаются к окружающей среде в процессе эволюции и учатся интересным приемам выживания. Синтетическая биология — одна из наших уловок.