Достижения последнего десятилетия в области геномных и клеточных технологий по своему значению для индустрии и экономики государств мира, сравнимо с открытием полупроводников в середине прошлого века и развитием радиоэлектронной промышленности в Кремниевой долине.

В 2010 году американский инженер и биолог Крейг Вентер синтезировал первую клетку с искусственным геномом, собранном на суперкомпьютере. С тех пор крупнейшими заказчиками исследований в этой области являются Министерство обороны США, Министерство энергетики США, компании оборонно-промышленного комплекса (Raytheon, Lockheed-Martin и др.).

Синтетическая биология – новейшее направление промышленной технологии на стыке информатики, электроники, химии и биологии, которое объединяет передовые области исследований с целью проектирования, синтеза и построения новых, в том числе, несуществующих в природе, биологических функций и живых систем. Современная синтетическая (системная) биология представляет собой инженерный инструментарий для проектирования функциональных и управляемых живых систем с заданными свойствами – энергетического, промышленного и производственного характера.

Таблица 1. Исследования и разработки США в передовых биотехнологиях

Существующие в США тренды технологического развития, в особенности – проекты Управления передовых оборонных исследовательских проектов (DARPA) Министерства обороны США и научных центров Вооруженных сил США, говорят о возрастающей важности этих исследований.

В период 2000–2012 гг. DARPA (Управление передовых оборонных исследовательских проектов Министерства обороны США) значительно увеличила поддержку биотехнологий по программам микросистемных исследований, оборонных и информационных технологий. Выдающимися программами стали биоинженерная кровь, биодизельное топливо и технология быстрого создания вакцин.

28 июня 2011 года в Арлингтоне на своей конференции DARPA (Управление передовых оборонных исследовательских проектов) дала старт новой программе Living Foundries («Живые фабрики»). Цель программы — создание, с помощью компаний радиоэлектронной индустрии, промышленных технологий получения синтетических форм жизни.

Принципы молекулярной генетики и методы генетической инженерии для создания функциональных биосистем и живых устройств, по своему функционалу похожи на аналогичные технологии проектирования электронных устройств. Например, в системе стандартов iGEM применяются унифицированные биологические компоненты – биоблоки. Технологии создания живой машины – это высокоуровневое проектирование, компиляция, синтез, сборка конструкции, испытания и отладка (в концепции TASBE компании Raytheon).

Таблица 2. Мировой рынок синтетической биологии

В реализации программы принимают участие ведущие компании оборонно-промышленного комплекса – Boeing, IBM, L3 Communications, Raytheon, Lockheed Martin, Autodesk и т.д. Компании финансируют поисковые работы в области создания средств проектирования живых организмов, создания высокоуровневых языков описания живых систем, создание модели квантовых состояний в биологии и др.

Помимо DARPA, поддержкой таких технологий занимаются исследовательские центры, финансируемые по программам видов Вооруженных сил – Air Force Office of Scientific Research (AFOSR), Office of Naval Research (ONR), Army Research Office (ARO), – в основном прикладные технологии восстановления человека, системы экстренной нейромедицины и создания биоматериалов по требованию.

Крупнейшими производственными компаниями в данной отрасли являются Blue Heron (синтез геномов, США), Genscript (биофармацевтика, США), Scarab Genomics (клеточные фабрики, США), Gevo (биотопливо, США), Chromatin Inc. (агротехнологии, США), LS9 (биотопливо, США), Synthetic Genomics (энергетика с British Petroleum, США), Greenfuel Technologies Corporation (биотопливо, США), GENEART (синтез геномов, Германия), Genencor (продукты питания, Дания).

Одним из основных показателей уровня научного и промышленного развития в области новой индустрии является количество секвенаторов – производительных полупроводниковых машин для работы с генетическим материалом.

Таблица 3. Количество современных секвенаторов в странах мира.

Развитие оборонных исследований в биотехнологии проводится Министерством обороны США в согласовании с другими ведомствами.

С 2004 года в структуре Министерства энергетики США созданы 12 исследовательских центров и лабораторий генетической информации, в которых собираются крупнейшие в мире коллекции непатогенных и экстремофильных организмов (способных функционировать в экстремальных условиях) – основного стратегического биоматериала для промышленной биотехнологии. В настоящее время США обладают по сравнению с Россией в 6 раз превосходящими объемами биоразнообразия для промышленного развития.

В 2007 году NASA сформировала 4 рабочие группы по развитию технологий синтетической биологии для задач космоса – это направления биоконструкционных материалов, биосенсоров жизни, обеспечение здоровья человека и системы жизнеобеспечения. Целевой задачей программы является создание к 2020 году космических приборов на принципах живых систем (высших организмов).

Таблица 4. Программа SynBERC

По инициативе Национального научного фонда США на факультетах информационных технологий, инженерных наук и биологии внедряются программы SynBERC для подготовки специалистов в синтетической биологии. Лидерами по созданию исследовательских лабораторий и внедрению программ являются университеты MIT, Беркли, Стэнфорд, Гарвард, Бостонский университет. В Европе создан партнерский консорциум университетов во главе с Университетом Ноттингема (Natalio Krasnogor lab).

Результатом работы лабораторий являются работоспособные участки генетического кода, способные к выполнению заложенной программы, которые возможно патентовать и использовать в коммерческой промышленной биотехнологии.

Студенты университетов США с 2007 года вовлекаются в международные соревнования конструкций синтетической биологии (iGEM), собирающие более 300 команд по всему миру. В соревнованиях принимают участие проекты генетических конструкций для модельной бактерии E.coli – это сенсорика, производство топлива, переработка отходов и т.д. Вовлечение столь значительного количества участников позволяет совершенствовать инструментарий для проектирования живых организмов – комплекта CAD Live (Autodesk).

В целях обеспечения национальной безопасности при работе с биосинтетическими материалами, ФБР в 2011 году реформировало отдел Биотехнологических угроз (руководитель – Edvard You). Специальные службы начали сотрудничество с научным сообществом, планируя исключить возможность существования биоанклавов и работы биологов-«изгоев» на территории США, и ограничив поставки специального научного оборудования за пределы государства.

В ближайшее время в США могут быть получены и отработаны технологии выращивания органов для трансплантологии и способы управления геномом и эпигеномом, которые значительно увеличат продолжительность жизни в отдельных странах.

Если эти технологии будут реализованы, в чем нельзя сомневаться, то страна, которая первая обратит внимание на их важность, получит огромное преимущество.