Книга: «Дикие карты» будущего. Форс-мажор для человечества

Технологический мейнстрим: ТП «Биотехнологии»

Технологический мейнстрим: ТП «Биотехнологии»

На Западе биотехнологическая революция считается продолжением «зеленой революции» и рассматривается в логике «устойчивого развития». Мы будем понимать биотех как сумму технологий, использующих разрезание, рекомбинацию и сборку ДНК.

Биотехнологии опираются на биологию, прежде всего на генетику и теорию эволюции. Достижения биотехнологий могут быть использованы в сельском хозяйстве, медицине, природопользовании, инженерии.

В настоящее время принято неявно связывать между собой современный этап развития биологических технологий и создание генно-модифицированных продуктов, причем подразумевается, что генно-модифицированная продукция «неестественна» и может обладать рядом неизвестных и опасных свойств.

В действительности мутационные процессы в растительном мире происходят постоянно, и все одомашненные растения являются «генно-модифицированными»: в процессе одомашнивания менялся не только фенотип, но и геном, и даже число хромосом.

Не будет преувеличением сказать, что «традиционное сельское хозяйство» как системно связанная совокупность растениеводческих, животноводческих и смежных с ними технологий лежит «между» двумя периодами интенсивного преобразования природных геномов: неолитической революцией, когда формировался новый фазовый уклад, создавались соответствующие технологии и активно одомашнивались природные виды, и когнитивной революцией, первым шагом которой стало широкое применение высокоурожайных сортов пшеницы в 1950-х годах. В этом смысле «традиционное сельское хозяйство» на протяжении тысячелетий занималось генной модификацией растений, причем во второй половине XX столетия этот процесс ускорился, а в настоящее время появились принципиально новые техники работы с геномом.

Сельскохозяйственные технологии включают в себя земледелие (возделывание растений), скотоводство (выращивание животных), бортничество, шелкопрядение (фактически выращивание насекомых). Следует выделить в отдельную группу технологий операции с грибами и микроорганизмами – выращивание дрожжей, брожение, ферментация, в XX столетии – производство антибиотиков. Иными словами, сельскохозяйственные технологии работают со всеми царствами живого мира, и частью этой работы во все времена была генная модификация живого через процедуру селекции, которую можно рассматривать как управление мутационными процессами.

С другой стороны, сельскохозяйственные технологии охватывают многие земные рельефы, исключая высокогорье и арктические пустыни, причем активно преобразуют их, превращая в антропорельефы.

Таким образом, сельское хозяйство глобально: оно охватывает всю Землю, активно воздействуя как на гео-, так и на биосферу, приспосабливая их к потребностям человека.

Важным элементом сельскохозяйственных технологий является перенос культур в зоогеографические области, для них не вполне адекватные, и акклиматизация этих культур. Необходимость все более широкого районирования культур, в том числе в областях с бедными почвами, в совокупности с требованиями по постоянному росту урожайности породило проблему истощения полей и пастбищ, решением которой оказались технологии удобрения почв и севооборота. Позднее, уже в индустриальную фазу развития, были изобретены способы фиксации азота; приблизительно тогда же органические удобрения были дополнены минеральными, а для борьбы с вредителями полей начали широко использовать пестициды, зооциды, инсектициды, гербициды, фунгициды.

Интересно, что переход от традиционной к индустриальной фазе развития не привел к коренным переменам в ядре ТП «Сельское хозяйство». Изменения коснулись институциональных решений, нормативно-правовой оболочки и, прежде всего, транспорта и системы кредитования. Все это позволило, наконец, преобразовать товарное сельское хозяйство из универсального, где возделывается целый ряд культур, в специализированное, в котором возделываются наиболее прибыльные культуры. Следует подчеркнуть, что попытки специализации сельского хозяйства с переменным успехом предпринимались уже в Средневековье и даже в эпоху античности, так что эти изменения нельзя причислить к коренным.

В связи с развитием ТП «Биотехнологии» ожидаются значительные, коренные преобразования в сельском хозяйстве, и в настоящее время первые изменения уже начали происходить. Практически речь должна идти о сдвиге, подобном неолитической революции: сельское хозяйство изменится настолько, что потребуется создать совершенно новую совокупность технологий. В перспективе данные технологии образуют часть конечных периферийных технологических пакетов ТП «Биотехнологии». В логике генетических и структурных связей это означает, что биотехнологии воздействуют или будут воздействовать на все элементы пакета «Сельское хозяйство».

Информационный пакет «Биология» носит по отношению к биотехнологиям управляющий характер. В основу современных биотехнологий положены два комплекса знаний:

1. Генетика. В ее основе – клеточная теория живого, представления о строении клетки, опыты Менделя по наследственности, «ядерная» теория наследственности. Модель наследственности дала возможность перейти от стохастической к направленной селекции, что послужило основой «зеленой революции», то есть создания высокоурожайных устойчивых сортов злаковых в конце 1950-х годов. Эта пороговая технология является связующей между традиционным сельским хозяйством, комплексом знаний по генетике и теории наследственности и современным ТП «Биотехнологии». Важным следствием этой технологии является Закон о патентовании продуктов селекции растений, заложивший основу институциональных и нормативно-правовых решений, обеспечивающих развитие биологических технологий.

Важнейшим открытием в области генетики и молекулярной биологии стало открытие Д. Уотсоном и Ф. Криком строения молекулы ДНК и последующее описание механизма наследственности.

2. Теория эволюции. Принципиальное значение в развитии биотехнологий сыграл биогенетический закон Геккеля-Мюллера, согласно которому онтогенез (развитие организма) повторяет филогенез (развитие вида). Понимание этого закона позволило за счет работы с эмбриональными формами расширить технику гибридизации, перейти к направленной работе с химерами (организмами, состоящими из генетически разнородных тканей) и, в конечном счете, создать ряд техник, основанных на работе с эмбриональными стволовыми клетками.

В настоящее время завершено создание ядра ТП «Биотехнологии». Взаимосвязанными ключевыми технологиями пакета являются «Разрезание ДНК» и «Рекомбинация ДНК». Эти технологии позволяют как модифицировать уже существующие наборы хромосом, так и конструировать произвольные геномы, не связанные генетически с каким-либо природным прототипом.

Прогресс биологии, с одной стороны, и прогресс вычислительной техники, с другой стороны, позволили расшифровать и картировать некоторые геномы. Можно предсказать создание в течение горизонта прогнозирования базы генетических данных, включающей исчерпывающую информацию по целому ряду биологических видов. Вполне вероятно, что по мере создания такой базы будет достигнуто понимание структуры Пангенома – полной совокупности геномов земных живых организмов. Будут сделаны выводы об априори допустимых и априори недопустимых комбинациях нуклеотидов в проектируемом геноме.

Понятно, что конечной целью должна стать технология, позволяющая массовому конечному пользователю заниматься генетическим дизайном.

Нормативно-правовой базой такой работы является Законодательный акт по работе с рекомбинантной ДНК, в которую, конечно, будут вноситься изменения, направленные на расширение возможностей такой работы.

Институциональным решением в области биотехнологий стало создание Биотехнологической Промышленной Организации, координирующей всю коммерческую и значительную часть исследовательской деятельности, а также накапливающую биотехнологические патенты.

Вторая важнейшая «ядерная» технология ТП «Биотехнологии» связана с использованием стволовых клеток, прежде всего эмбриональных стволовых клеток (Л. Томпсон, Д. Герхарт, 1998 г.). Во-первых, эта технология дает возможность управлять режимом работы клетки, не меняя генома, регулируя экспрессию соответствующих генов.

Во-вторых, способность стволовых клеток делиться с образованием любых дифференцированных клеток открывает возможность генетической перестройки уже сформировавшегося, взрослого организма.

Технологии работы с эмбриональными стволовыми клетками позволили решить проблему клонирования млекопитающих, что создает условия для ускорения направленной селекции через «штампование» генетически эквивалентных особей. Клонирование может найти широкое применение и в медицине.

Особенность ТП «Биотехнологии» состоит в том, что его ядро полностью создано и в дальнейшем будет претерпевать лишь оптимизационные улучшения, а периферия далеко еще не обрела системных свойств, в связи с чем перспективы развития технологического пакета совершенно неясны.

Априори можно предположить возникновение трех взаимосвязанных субпакетов, опирающихся на технологии рекомбинации ДНК, эмбриональных стволовых клеток и клонирования, и развивающихся в интересах медицины, сельского хозяйства, природопользования и высокотехнологичного машиностроения:

1. Биоинженерия (биокатализ, биосинтез, биосенсоры, клеточные маркеры, в перспективе – живые конструкционные материалы и живые системы);

2. Управление геномом (производство ГМ-растений, ГМ-животных, ГМ-микроорганизмов, в т. ч. ГМ-антибиотиков, ГМ-ферментов, ГМ-дрожжевых культур, биопестицидов и т. д.);

3. Искусственные экосистемы (производство вымерших организмов, создание принципиально новых биологических видов, создание экосистем).

Развитие этих направлений носит сценарно зависимый характер.

Магистральным направлением развития биотехнологий является достройка субпакета «Управление геномом». На этом пути лежат огромные трудности, колоссальные возможности и предельные риски, в том числе – социальные. В настоящее время отсутствие резко негативной реакции общественности на биотехнологии обусловлено лишь недооценкой перспектив и возможной скорости этого развития в СМИ.

Здесь надо указать, что подобная недооценка характерна также и для большинства профессиональных исследователей. Это обусловлено интуитивным представлением, что животное неизмеримо сложнее растения, а человек – сложнее животного. Между тем эволюционный подход убеждает нас, что автотрофы и гетеротрофы появились одновременно и что развитие животного и растительного мира происходило параллельно и приблизительно с одинаковой скоростью, причем зачастую коренная смена флоры предшествует соответствующей революции в животном мире. Да и сугубо формально: переработка неорганических соединений в органические представляет собой значительно более сложный «хайтек», нежели строительство своего тела из потребленной чужой органики. Мы вправе предположить, что между работой с ДНК растений и с ДНК животных нет принципиальной разницы, следовательно, можно предсказать быстрое развитие исследований в области ГМ-животных. Западная и японская прогностика относит такие исследования к самому горизонту прогнозирования, то есть после 2030-х годов, и даже на этих временах считает появление ГМ-животных маловероятным.

Представляется, однако, что, поскольку ядро технологического пакета достроено и оформлено институционально, достройка конечных субпакетов будет проходить достаточно быстро. Заметим, что на данном этапе не удастся заблокировать исследования законодательно, поскольку их прибыльность будет слишком велика.

В результате субпакет «Управление геномом» будет достаточно быстро достроен почти до конца: созданы и отработаны технологии производства генномодифицированных растений, животных, микроорганизмов, дрожжевых культур. Широко распространяются ГМ-антибиотики, ГМ-ферменты, биопестициды. Удастся не только клонировать человеческие органы, но и модифицировать их, придав необходимые пользователю свойства, например, печень, свободно и в любых количествах расщепляющая алкоголь и иммунная от любых форм гепатита, сердце, не подверженное инфарктам, легкие, фильтрующие вредные примеси.

При переходе к следующему этапу развития мы сталкиваемся со сценарной развилкой.

В основной версии исследования в области управления геномом останавливаются, причем в равной степени из-за законодательных ограничений, резких протестов населения и самоцензуры ученых. В этом случае ТП «Биотехнологии» не обретает собственной онтологии, занимает в развитии технологического «мейнстрима» подчиненное место и развивается в сторону совершенствования сельскохозяйственных и медицинских технологий. В этом варианте значение биотехнологий является очень большим, но проявляется исключительно в технологических пакетах жизнеобеспечивающего уровня (продовольствие, медицина), практически не оказывая влияния на экономику, общественное развитие. Более того, за счет постоянного продления активной жизни наиболее обеспеченным слоям населения в этой модели темпы социального развития будут находиться в отрицательной корреляции с развитием биотехнологий: смена поколений, а следовательно, смена господствующих парадигм, будет происходить медленнее, чем сейчас. Это резко обострит межпоколенческие противоречия и, возможно, приведет к перманентной нестабильности в наиболее развитых странах мира.

В данном сценарии представляет интерес возникновение «крена» в сторону биоинженерных решений как альтернативы «закрытым» исследованиям в области управления геномом. Результатом таких исследований может стать новое поколение конструктивных материалов и технических систем, обладающих свойствами живых организмов: регенерация, тренируемость, адаптация к окружающей среде, механизм рефлексов и т. п.

С очень небольшой вероятностью реализуется сценарий, в котором биотехнологии обретают собственную сильную онтологию, которая может быть противопоставлена общественному мнению и позиции правительств и международных организаций. В этом случае начинается работа с человеческой ДНК, в результате чего от ГМ-модификации отдельных органов исследователи переходят к генной модификации самого человека. Параллельно развиваются исследования в области воссоздания геномов вымерших существ, ускорения эволюции, искусственного создания геномов существ, которые должны появиться через миллионы и десятки миллионов лет, создания существ с полностью сконструированной ДНК, не принадлежащих земной эволюции.

Существенно, что исследования в области стволовых клеток, по-видимому, позволят произвести генетические усовершенствования взрослых людей.

В этом маловероятном сценарии рано или поздно с неизбежностью возникает Закон о биологическом разнообразии, постулирующий необходимость максимального расширения генетического фонда Земли. Это приведет к значительным изменениям в природопользовании: от создания/уничтожения природных экосистем Человечество перейдет к построению искусственных экосистем под конкретные задачи пользователя.

Если удастся преодолеть социальное трение и решить большую группу сложнейших философских, теологических и культурологических проблем, будет реализован следующий этап развития: искусственное возвышение ряда биологических видов к разуму, создание искусственных социосистем. Возможно, на этом пути будет достигнуто биологическое бессмертие, хотя не вполне ясно, является ли такая цель позитивной и должна ли она ставиться вообще. С другой стороны, как раз проблемы телесного бессмертия поставлены и вчерне решены в философии и литературе.

При всей фантастичности такого сценария в нем нет ничего невероятного, более того, с точки зрения естественной эволюции ТП «Биотехнологии» он должен быть реализован. Технические трудности на этом пути, конечно, очень значительные, пренебрежимо малы по сравнению с философскими проблемами и прогнозируемым социальным торможением.