معلومة

هل توليف الحمض النووي في المنزل أمر ممكن؟

هل توليف الحمض النووي في المنزل أمر ممكن؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

لقد قرأت عن كتابة الحمض النووي ، ويبدو أن هناك آلات متاحة حول علامة الدولار المكونة من خمسة أرقام لتخليق الحمض النووي ، وأنا أفكر في اختيار واحدة لمختبري.

نطلب عادةً DNA / oligos الخاص بنا من IDT والشركات المماثلة ، ولتقليل وقت الدورة من بضعة أيام مع الشحن في اليوم التالي إلى بضع ساعات مع الطباعة الداخلية ، فضلاً عن التوفير المحتمل في التكلفة بمقياس كافٍ (كيف بما يكفي من الحجم؟) ، يبدو هذا واعدًا حقًا لمختبرنا.

هل هذا شيء معقول لفعله؟


حتى الآن على حد علمي ، فإن الاختلاف الكبير الآن هو ما إذا كنت تريد dsDNA أو oligos.

إذا كنت ترغب في كثير من الأحيان في الحصول على الكثير من oligos ، فمن المحتمل أن يكون الحصول على آلة النطق الخاصة بك أمرًا منطقيًا. قم بتشغيل الأرقام واطلع على وقت عائد الاستثمار وسترى ما إذا كان ذلك مناسبًا لك من الناحية المالية.

إذا كنت تريد dsDNA على نطاق الجينات ، فأنت أفضل حالًا حاليًا في إشراك شركة متخصصة (أو مسبك ، إذا كان لديك واحد يمكنك الوصول إليه). ليس لديهم فقط وفورات الحجم ، ولكن لديهم الكثير من الخبرة في اكتشاف كيفية التعامل مع التسلسلات والتجمعات الصعبة. إذا كنت تأخذ كل شيء في المنزل ، فقد يبدو أنك توفر المال ولكن في الواقع ينتهي بك الأمر إلى خسارة الكثير من المال والوقت عندما تحسب الوقت والإحباط الذي ينفقه مختبرك للانتقال من oligos إلى الجينات.

إذا كانت لديك خبرة معينة أو احتياجات متخصصة للغاية ، فهذه قصة مختلفة تمامًا ، لكن هذا لا يبدو مثل الحالة استنادًا إلى سؤالك.

لاحظ أن هناك عددًا من شركات تصنيع أجهزة سطح المكتب التي تعمل على جعل هذه الإجابة قديمة في الوقت الحالي ، وقد تتغير بسرعة في المستقبل.


اختراق الحمض النووي للرئيس

تجمع حكومة الولايات المتحدة خلسة الحمض النووي لزعماء العالم ، ويقال إنها تحمي تلك الخاصة بباراك أوباما. يمكن لهذه المخططات الجينية ، التي تم فك شفرتها ، أن توفر معلومات مضللة. في المستقبل غير البعيد ، قد يقدمون شيئًا أكثر أيضًا & [مدش] الأساس لإنشاء أسلحة بيولوجية شخصية يمكن أن تقضي على الرئيس ولا تترك أي أثر.

هكذا وصل المستقبل. لقد بدأت بشكل غير ضار ، في أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين ، عندما بدأت الشركات تدرك أن الوظائف التي تتطلب مهارات عالية والتي كان يؤديها موظف واحد سابقًا داخل الشركة ، يمكن أن يتم جمعها بشكل أكثر كفاءة لمجموعة أكبر من الأشخاص عبر الإنترنت. في البداية ، قمنا بتجميع تصميم القمصان (Threadless.com) وكتابة الموسوعات (Wikipedia.com) ، ولكن سرعان ما بدأ الاتجاه في شق طريقه إلى العلوم الأصعب. قريبًا ، تم البحث عن حياة خارج كوكب الأرض ، وتطوير سيارات ذاتية القيادة ، وطي الإنزيمات إلى بروتينات جديدة بهذه الطريقة. مع الأدوات الأساسية للتلاعب الجيني - الأدوات التي كانت تكلف ملايين الدولارات ليس قبل 10 سنوات - انخفضت أسعارها بشكل حاد ، كان التصميم الجماعي للعوامل البيولوجية مجرد الخطوة المنطقية التالية.

في عام 2008 ، نشأت مسابقات غير رسمية لتصميم الحمض النووي بجوائز صغيرة في عام 2011 ، مع إطلاق GE تحدي سرطان الثدي بقيمة 100 مليون دولار ، انتقل هذا المجال إلى مسابقات جادة. بحلول أوائل عام 2015 ، عندما أصبحت العلاجات الجينية الشخصية للسرطان في مراحله الأخيرة هي الطليعة في الطب ، بدأت مواقع تصميم الفيروسات في الظهور ، حيث يمكن للأشخاص تحميل معلومات حول مرضهم ويمكن لعلماء الفيروسات نشر تصميمات لعلاج مخصص. من الناحية الطبية ، كان كل شيء منطقيًا تمامًا: لقد قامت الطبيعة بدهور من أعمال التصميم الممتازة على الفيروسات. مع بعض إعادة التجهيز ، كانت وسائل مثالية لتوصيل الجينات.

وسرعان ما امتلأت هذه المواقع بطلبات تجاوزت حدود السرطان. عوامل التشخيص ، واللقاحات ، ومضادات الميكروبات ، وحتى الأدوية ذات التأثير النفساني المصمم - كلها ظهرت في القائمة. ما فعله الناس بهذه التصاميم الحيوية كان تخمينًا لأي شخص. لم يتم حتى الآن إنشاء هيئة دولية لرعايتهم.

لذلك ، في تشرين الثاني (نوفمبر) من عام 2016 ، عندما نشر زائر لأول مرة يحمل المقبض Cap’n Capsid تحديًا على موقع التصميم الفيروسي 99Virions ، لم يكن هناك أي إنذارات تبدو أنه مجرد واحد من 100 طلب تصميم أو نحو ذلك تم إرسالها في ذلك اليوم. ربما كان Cap’n Capsid مستشارًا لصناعة الأدوية ، وكان التحدي الذي يواجهه مجرد محاولة أخرى لفهم مشهد البحث والتطوير المتغير جذريًا - حقًا ، كان من الممكن أن يكون أي شخص - ولكن المشكلة كانت مثيرة للاهتمام مع ذلك. بالإضافة إلى ذلك ، كان Capsid يعرض 500 دولار مقابل التصميم الفائز ، وليس مبلغًا سيئًا مقابل عمل بضع ساعات.

لاحقًا ، ستُظهر ملفات سجل 99Virions أن عنوان IP الخاص بـ Cap’n Capsid نشأ في بنما ، على الرغم من أن هذا كان على الأرجح مزيفًا. مواصفات التصميم نفسها لم ترفع أي علامات حمراء. كتب في SBOL ، وهي لغة مفتوحة المصدر شائعة بين حشد البيولوجيا التركيبية ، بدا وكأنه طلب لقاح قياسي. لذلك بدأ الناس للتو في العمل ، كما فعلت برامج الكمبيوتر الآلية التي تمت كتابتها من أجل "التطوير التلقائي" للتصاميم الجديدة. أصبحت هذه الخوارزميات جيدة جدًا ، وفازت الآن بما يقرب من ثلث التحديات.

في غضون 12 ساعة ، تم تقديم 243 تصميمًا ، معظمها بواسطة أنظمة الخبراء المحوسبة. ولكن هذه المرة ، كان الفائز ، GeneGenie27 ، في الواقع بشريًا - وهو طالب في جامعة كولومبيا يبلغ من العمر 20 عامًا ولديه موهبة في علم الفيروسات. تم إرسال تصميمه بسرعة إلى سوق حيوي عبر الإنترنت مزدهر يقع في شنغهاي. بعد أقل من دقيقة ، فازت شركة أيسلندية ناشئة في مجال التوليف بعقد لتحويل مخطط 5984 زوج قاعدي إلى مادة وراثية فعلية. بعد ثلاثة أيام من ذلك ، تم إسقاط حزمة من 10 ميليغرام من الأقراص الدقيقة سريعة الذوبان في مظروف فيديكس وتسليمها إلى ساعي.

بعد يومين ، تلقت سامانثا ، وهي طالبة في السنة الثانية تخصص في الحكومة في جامعة هارفارد ، الحزمة. ظننت أنه يحتوي على مخدر اصطناعي جديد كانت قد طلبته عبر الإنترنت ، فقد أدخلت جهازًا لوحيًا في فتحة أنفها اليسرى في ذلك المساء ، ثم توجهت إلى خزانة ملابسها. بحلول الوقت الذي انتهت فيه سامانثا من ارتداء الملابس ، بدأت علامة التبويب في الذوبان ، ودخلت بضع خيوط من المواد الوراثية الغريبة إلى خلايا الغشاء المخاطي للأنف.

بعض مخدرات الحفلة - كل ما حصلت عليه ، على ما يبدو ، هو الأنفلونزا. في وقت لاحق من تلك الليلة ، أصيبت سامانثا بحمى طفيفة وألقيت بلايين من جزيئات الفيروس. ستنتشر هذه الجسيمات حول الحرم الجامعي في تفاعل متسلسل متزايد باطراد والذي كان - بخلاف الحمى الخفيفة وبعض العطس - غير ضار تمامًا. سيتغير هذا عندما يعبر الفيروس المسارات بخلايا تحتوي على تسلسل DNA محدد للغاية ، وهو تسلسل من شأنه أن يعمل كمفتاح جزيئي لإلغاء تأمين الوظائف الثانوية التي لم تكن حميدة. سيؤدي هذا التسلسل الثانوي إلى مرض سريع المفعول مدمر للأعصاب أدى إلى فقدان الذاكرة ، وفي النهاية الموت. كان الشخص الوحيد في العالم الذي يحمل تسلسل الحمض النووي هذا هو رئيس الولايات المتحدة ، الذي كان من المقرر أن يتحدث في كلية كينيدي الحكومية بجامعة هارفارد في وقت لاحق من ذلك الأسبوع. بالتأكيد ، الآلاف من الناس في الحرم الجامعي سيتشممون ، لكن الخدمة السرية على الأرجح لن تعتقد أن أي شيء كان على ما يرام.

لقد كان شهر كانون الأول (ديسمبر) ، بعد كل شيء ، موسم البرد والإنفلونزا.

قد يبدو السيناريو الذي رسمناه للتو وكأنه لا شيء سوى الخيال العلمي - وفي الواقع ، يحتوي على بعض القفزات المستقبلية. قد يقول العديد من أعضاء المجتمع العلمي أن خطنا الزمني سريع للغاية. لكن ضع في اعتبارك أنه منذ بداية هذا القرن ، أظهرت التكنولوجيا المتسارعة بسرعة ميلًا واضحًا لتحويل المستحيل إلى كل يوم في أي وقت من الأوقات على الإطلاق. في العام الماضي ، فهم واطسون من شركة IBM ، وهو ذكاء اصطناعي ، اللغة الطبيعية جيدًا بما يكفي لإثارة إعجاب البطل البشري كين جينينغز خطر. بينما نكتب هذا ، يعود الجنود ذوو الأطراف الإلكترونية إلى الخدمة الفعلية ، والسيارات المستقلة تسير في شوارعنا. ومع ذلك ، فإن معظم هذه التطورات صغيرة مقارنة بالقفزة الكبيرة إلى الأمام الجارية حاليًا في مجال العلوم الحيوية - وهي قفزة ذات عواقب بدأنا للتو في تخيلها.

أكثر من ذلك ، ضع في اعتبارك أن الحمض النووي لزعماء العالم هو بالفعل موضوع مؤامرة. وفقًا لرونالد كيسلر ، مؤلف كتاب عام 2009 في الخدمة السرية للرئيس، يجمع الحكام البحريون ملاءات الأسرة وأكواب الشرب والأشياء الأخرى التي لمسها الرئيس - يتم تعقيمها أو تدميرها لاحقًا - في محاولة لمنع المجرمين المحتملين من الحصول على مادته الجينية. (لن تؤكد الخدمة السرية أو تنفي هذه الممارسة ، ولن تعلق على أي جانب آخر من هذه المقالة). ووفقًا لإصدار عام 2010 من البرقيات السرية من قبل ويكيليكس ، وجهت وزيرة الخارجية هيلاري كلينتون سفاراتنا لجمع عينات الحمض النووي خلسة. من رؤساء الدول الأجنبية وكبار مسؤولي الأمم المتحدة. من الواضح أن الولايات المتحدة ترى ميزة استراتيجية في معرفة البيولوجيا المحددة لقادة العالم ، وسيكون من المفاجئ إذا لم تشعر الدول الأخرى بنفس الشيء.

على الرغم من عدم الإبلاغ عن أي استخدام لسلاح حيوي متقدم ومستهدف وراثيًا ، إلا أن مؤلفي هذه المقالة - بما في ذلك خبير في علم الوراثة وعلم الأحياء الدقيقة (أندرو هيسيل) وآخر في الأمن العالمي وإنفاذ القانون (مارك جودمان) - مقتنعون بأننا مقتنعون بذلك. يقترب من هذا الاحتمال. معظم تقنيات التمكين موجودة بالفعل ، وتخدم بالفعل احتياجات مجموعات البحث الأكاديمي ومنظمات التكنولوجيا الحيوية التجارية. وأصبحت هذه التقنيات أكثر قوة بشكل كبير ، خاصة تلك التي تسمح بالتلاعب السهل في الحمض النووي.

يوفر تطور علاج السرطان نافذة واحدة لمعرفة ما يحدث. تقتل معظم أدوية السرطان الخلايا. العلاجات الكيميائية اليوم هي فروع لعوامل الحرب الكيميائية: لقد حولنا الأسلحة إلى أدوية للسرطان ، وإن كانت بدائية - وكما هو الحال مع القصف بالسجاد ، فإن الأضرار الجانبية أمر مسلم به. ولكن الآن ، بفضل التقدم في علم الوراثة ، نعلم أن كل نوع من أنواع السرطان فريد من نوعه ، ويتحول البحث إلى تطوير أدوية مخصصة - علاجات مصممة يمكنها القضاء على خلايا سرطانية معينة بطريقة معينة ، في علاجات شخص معين تركز مثل الليزر.

من المؤكد أنه في مطلع الألفية ، كانت هناك ضجة كبيرة تحيط بالطب الشخصي ، وخاصة في مجال علم الوراثة. ذهب الكثير من ذلك الآن. الحكمة السائدة هي أن التكنولوجيا لم ترق إلى مستوى الحديث ، لكن هذا ليس مفاجئًا. قامت شركة Gartner ، وهي شركة أبحاث واستشارات في مجال تكنولوجيا المعلومات ، بصياغة هذا المصطلح دورة الضجيج لوصف هذا النوع من الظاهرة بالضبط: يتم تقديم تقنية جديدة بحماس ، ثم يتبعها انخفاض عاطفي عندما تفشل على الفور في الوفاء بوعدها. لكن جارتنر اكتشف أيضًا أن الدورة لا تنتهي عادةً فيما تسميه الشركة "حوض خيبة الأمل". والنهوض من هذا الرماد هو "منحدر من التنوير" - مما يعني أنه عند النظر إليها من منظور تاريخي طويل المدى ، فإن غالبية هذه التطورات الرائدة التي تم الترويج لها كثيرًا ، في نهاية المطاف ، تفتح الكثير من آفاق جديدة.

كما يوضح جورج تشيرش ، عالم الوراثة بجامعة هارفارد ، هذا ما يحدث الآن في الطب الشخصي. يقول تشرش: "إن مجالات العلاج الجيني ، والتوصيل الفيروسي ، والعلاجات الشخصية الأخرى تتقدم بسرعة ، مع نجاح العديد من التجارب السريرية في المرحلتين 2 و 3" ، عندما يتم تجربة العلاجات على أعداد أكبر بشكل تدريجي من الأشخاص الخاضعين للاختبار. "تستهدف العديد من هذه العلاجات خلايا تختلف في اختلاف جيني واحد فقط - نادر - متعلق بالخلايا أو الأفراد المحيطين." عالجت شركة Oncos Therapeutics الفنلندية الناشئة ما يقرب من 300 مريض بالسرطان باستخدام شكل مصغر من هذا النوع من التكنولوجيا المستهدفة.

هذه التطورات ، في معظمها ، إيجابية - تبشر بعلاج أفضل وعلاجات جديدة ، وفي النهاية بحياة أطول. ولكن لن يتطلب الأمر الكثير لتخريب مثل هذه العلاجات والبدء في دورة كاملة ، وتحويل الأدوية الشخصية إلى أسلحة بيولوجية مخصصة. يقول جيمي لين ، الباحث في علم الجينوم بجامعة واشنطن في سانت لويس ومؤسس منظمة Rare Genomics ، وهي منظمة غير ربحية تصمم علاجات لأمراض الطفولة النادرة استنادًا إلى التحليل الجيني الفردي: "في الوقت الحالي ، لدينا عقاقير تستهدف سرطانات معينة الطفرات. ومن الأمثلة على ذلك جليفيك ، وزلبوراف ، وخالكوري. تشتهر شركة Vertex ، وهي شركة أدوية مقرها ماساتشوستس ، بصنع دواء لمرضى التليف الكيسي الذين يعانون من طفرة معينة. الاستهداف الجيني للأفراد أبعد قليلاً. لكن برنامجًا من نوع Stuxnet ترعاه الدولة قد يكون قادرًا على تحقيق ذلك في غضون بضع سنوات. بالطبع ، هذا العمل ليس معروفًا جيدًا ، لذا إذا أخبرت معظم الناس عن هذا ، فإنهم يقولون إن الإطار الزمني يشبه الخيال العلمي. ولكن عندما تكون على دراية بالبحث ، فمن الممكن حقًا أن تتمكن مجموعة جيدة التمويل من تحقيق ذلك ". من الأفضل أن نبدأ التخطيط لهذا الاحتمال عاجلاً وليس آجلاً.

إذا كنت تريد حقًا فهم ما يحدث في العلوم الحيوية ، فأنت بحاجة إلى فهم معدل تسارع تكنولوجيا المعلومات. في عام 1965 ، أدرك جوردون مور أن عدد مكونات الدوائر المتكاملة على شريحة الكمبيوتر يتضاعف تقريبًا كل عام منذ اختراع الدائرة المتكاملة في أواخر الخمسينيات من القرن الماضي. وتوقع مور ، الذي شارك في تأسيس شركة إنتل ، أن هذا الاتجاه سيستمر "لمدة 10 سنوات على الأقل". لقد كان محقا. استمر هذا الاتجاه لمدة 10 سنوات ، وعشر سنوات أخرى بعد ذلك. أخيرًا ، ظلت ملاحظته دقيقة لمدة خمسة عقود ، وأصبحت متينة جدًا لدرجة أنها تُعرف الآن باسم "قانون مور" وتستخدمها صناعة أشباه الموصلات كدليل للتخطيط المستقبلي.

نص قانون مور في الأصل على أنه كل 12 شهرًا (الآن 24 شهرًا) ، سيتضاعف عدد الترانزستورات في دائرة متكاملة - مثال على نمط يُعرف باسم "النمو الأسي". في حين أن النمو الخطي هو اقتراح بطيء ومتسلسل (1 يصبح 2 يصبح 3 يصبح 4 ، وما إلى ذلك) ، فإن النمو الأسي هو مضاعفة انفجارية (1 يصبح 2 يصبح 4 يصبح 8 ، وما إلى ذلك) مع تأثير تحولي. في سبعينيات القرن الماضي ، كان أقوى كمبيوتر عملاق في العالم هو Cray. تطلب غرفة صغيرة لحملها وتكلفتها حوالي 8 ملايين دولار. اليوم ، iPhone في جيبك أسرع بأكثر من 100 مرة وأرخص بأكثر من 12000 مرة من Cray. هذا هو النمو الأسي في العمل.

في السنوات التي تلت ملاحظة مور ، اكتشف العلماء أن نمط النمو الأسي يحدث في العديد من الصناعات والتقنيات الأخرى. إن مقدار حركة بيانات الإنترنت في السنة ، وعدد وحدات البايت لتخزين بيانات الكمبيوتر المتاحة لكل دولار ، وعدد وحدات بكسل الكاميرا الرقمية لكل دولار ، وكمية البيانات القابلة للتحويل عبر الألياف الضوئية من بين عشرات مقاييس التقدم التكنولوجي التي تتبع هذا النمط. في الواقع ، ينتشر النمو الأسي لدرجة أن الباحثين يشكون الآن في أنه موجود في جميع التقنيات القائمة على المعلومات - أي أي تقنية تستخدم لإدخال المعلومات الرقمية أو تخزينها أو معالجتها أو استردادها أو نقلها.

على مدى العقود القليلة الماضية ، توصل العلماء أيضًا إلى أن الأحرف الأربعة للأبجدية الجينية - A (الأدينين) و C (السيتوزين) و G (الجوانين) و T (الثايمين) - يمكن تحويلها إلى الآحاد والأصفار من الشفرة الثنائية ، مما يسمح بالتلاعب الإلكتروني السهل بالمعلومات الوراثية. مع هذا التطور ، تحولت البيولوجيا إلى منعطف ، وتحولت إلى علم قائم على المعلومات وتقدم بشكل كبير. ونتيجة لذلك ، فإن الأدوات الأساسية للهندسة الوراثية ، والأدوات المصممة للتلاعب بالحياة - الأدوات التي يمكن بسهولة استخدامها لأغراض مدمرة - تتراجع الآن بشكل جذري في التكلفة وتتزايد قوتها. اليوم ، أي شخص لديه موهبة علمية ، واتصال جيد بالإنترنت ، ونقود كافية لشراء سيارة مستعملة لديه ما يلزم لتجربة يده في القرصنة البيولوجية.

هذه التطورات تزيد بشكل كبير من العديد من المخاطر. تتضمن أكثر الكوابيس كوابيسًا قيام جهات فاعلة سيئة بصنع أسلحة دمار شامل ، أو قيام علماء غير مبالين بإطلاق العنان للطواعين العرضية - وهي مخاوف حقيقية للغاية تحتاج إلى مزيد من الاهتمام بشكل عاجل. الأسلحة البيولوجية الشخصية ، التي تركز عليها هذه القصة ، هي تهديد أكثر دقة وأقل كارثية ، وربما لهذا السبب ، بالكاد بدأ المجتمع في اعتبارها. ومع ذلك ، فبمجرد توفرها ، نعتقد أنها ستستخدم بسهولة أكبر بكثير من أسلحة الدمار الشامل البيولوجية. بالنسبة للمبتدئين ، في حين أن معظم المجرمين قد يفكرون مرتين في المذابح الجماعية ، فإن القتل أمر شائع تمامًا. في المستقبل ، قد يكون السياسيون والمشاهير وقادة الصناعة - أي شخص تقريبًا - عرضة لهجمات المرض. حتى لو كانت قاتلة ، فإن العديد من هذه الهجمات يمكن أن تمر دون أن يتم اكتشافها ، ويخطئ سبب الوفاة لأسباب طبيعية ، سيكون من الصعب تثبيت العديد من الهجمات الأخرى على المشتبه به ، خاصة بالنظر إلى مرور الوقت بين التعرض وظهور الأعراض.

علاوة على ذلك - كما سنستكشف بمزيد من التفصيل - هذه التطورات العلمية نفسها ستمهد الطريق ، في النهاية ، لنوع جديد تمامًا من الحرب الشخصية. تخيل إثارة جنون العظمة الشديد في الرئيس التنفيذي لشركة كبيرة من أجل الحصول على ميزة تجارية ، على سبيل المثال ، أو - في المستقبل القريب - إصابة المتسوقين بالرغبة في الشراء.

لقد اخترنا تركيز هذا التحقيق في الغالب على الأمن البيولوجي للرئيس ، لأن الرفاه الشخصي للرئيس أمر بالغ الأهمية للأمن القومي - ولأن مناقشة التحديات التي يواجهها المكلفون بحمايته ستوضح مدى صعوبة (واختلاف) " الأمن "، حيث تستمر التكنولوجيا الحيوية في التقدم.

يتطلب الهجوم المباشر على جينوم الرئيس القدرة على فك شفرة الجينوم أولاً. حتى وقت قريب ، لم يكن هذا أمرًا بسيطًا. في عام 1990 ، عندما أعلنت وزارة الطاقة الأمريكية والمعاهد الوطنية للصحة عن نيتهما تحديد تسلسل 3 مليارات زوج أساسي من الجينوم البشري على مدار الخمسة عشر عامًا القادمة ، فقد اعتُبر المشروع الأكثر طموحًا في مجال علوم الحياة على الإطلاق. على الرغم من الميزانية البالغة 3 مليارات دولار ، إلا أن التقدم لم يتحقق بسرعة. حتى بعد سنوات من العمل الشاق ، شكك العديد من الخبراء في أن الوقت والمال المدرجين في الميزانية سيكونان كافيين لإكمال المهمة.

بدأ هذا يتغير في عام 1998 ، عندما دخل عالم الأحياء ريادي الأعمال جيه كريج فنتر وشركته سيليرا في السباق. مستفيدًا من النمو الهائل في التكنولوجيا الحيوية ، اعتمد فينتر على جيل جديد من متواليات الجينات ونهج جديد كثيف الكمبيوتر يسمى تسلسل البندقية لتقديم مشروع جينوم بشري (خاص به) في أقل من عامين ، مقابل 300 مليون دولار.

كان إنجاز فينتر مذهلاً ، كما أنه كان مجرد بداية. بحلول عام 2007 ، بعد سبع سنوات فقط ، يمكن ترتيب تسلسل الجينوم البشري بأقل من مليون دولار. في عام 2008 ، ستفعل بعض المعامل ذلك مقابل 60 ألف دولار ، وفي عام 2009 ، 5000 دولار. هذا العام ، من المرجح أن ينخفض ​​حاجز الألف دولار.وفقًا لمعدل الانخفاض الحالي ، في غضون خمس سنوات ، ستكون التكلفة أقل من 100 دولار. في تاريخ العالم ، ربما لم تنخفض أسعار أي تقنية أخرى وزادت في الأداء بشكل كبير.

ومع ذلك ، قد يتطلب الأمر أكثر من مجرد مُسلسِل جيني لبناء سلاح بيولوجي مستهدف شخصيًا. بادئ ذي بدء ، سيتعين على المهاجمين المحتملين جمع الخلايا الحية وتنميتها من الهدف (المزيد حول هذا لاحقًا) ، لذلك ستكون أدوات زراعة الخلايا ضرورية. بعد ذلك ، يجب إنشاء ملف تعريف جزيئي للخلايا ، بما في ذلك متسلسلات الجينات ، وماسحات المصفوفات الدقيقة ، ومقاييس الطيف الكتلي ، والمزيد. بمجرد بناء مخطط جيني مفصل ، يمكن للمهاجم أن يبدأ في تصميم وبناء واختبار العامل الممرض ، والذي يبدأ بقواعد البيانات والبرمجيات الجينية وينتهي بأعمال الفيروسات وزراعة الخلايا. إن جمع المعدات المطلوبة للقيام بكل هذا ليس بالأمر الهين ، ومع ذلك ، مع قيام الباحثين بالترقية إلى أدوات جديدة ، حيث قامت الشركات الكبيرة بدمج العمليات وتوحيدها ، ونفاد الأموال من المتاجر الصغيرة وفشلت ، هناك الكثير من المختبرات المستخدمة تم التخلص من المعدات في سوق إعادة البيع. جديد ، العتاد المطلوب سيكلف أكثر من مليون دولار. على موقع eBay ، يمكن الحصول عليه مقابل أقل من 10000 دولار. قم بإزالة معدات التحليل - حيث يمكن الآن الاستعانة بمصادر خارجية لهذه العمليات - ويمكن تجميع جهاز زراعة الخلايا الأساسي معًا بأقل من 1000 دولار. لم تكن المواد الكيميائية ومستلزمات المعامل أسهل من أي وقت مضى لشراء مئات من بائعي الويب الذين يأخذون بطاقات الائتمان ويشحنون إلى أي مكان تقريبًا.

أصبحت المعرفة البيولوجية ، أيضًا ، أكثر ديمقراطية. مواقع الويب مثل JoVE (مجلة التجارب المرئية) توفير آلاف مقاطع الفيديو الإرشادية حول تقنيات العلوم الحيوية. يقدم معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا دورات عبر الإنترنت. العديد من المجلات مفتوحة الوصول ، مما يجعل أحدث الأبحاث ، كاملة مع أقسام مفصلة حول المواد والأساليب ، متاحة مجانًا. إذا كنت تريد نهجًا عمليًا أكثر للتعلم ، فيمكنك فقط الانغماس في أي من العشرات من منظمات البيولوجيا التي تعمل بنفسك ، مثل Genspace و BioCurious ، والتي ظهرت مؤخرًا لتحويل الهندسة الوراثية إلى شيء مطاردة الهاوي. قال بيل جيتس ، في مقابلة أجريت معه مؤخرًا ، لمراسل إنه إذا كان طفلاً اليوم ، فانسى أمر اختراق أجهزة الكمبيوتر: لكان قد اخترق علم الأحياء. وبالنسبة لأولئك الذين ليس لديهم المختبر ولا التعلم ، فإن العشرات من خدمات البحث والتصنيع التعاقدية (المعروفة باسم CRAMS) على استعداد للقيام بالكثير من العلوم الجادة مقابل رسوم.

منذ اختراع الهندسة الوراثية في عام 1972 وحتى وقت قريب جدًا ، أدى ارتفاع تكلفة المعدات والتكلفة العالية للتعليم لاستخدام هذه المعدات بشكل فعال إلى إبعاد معظم الأشخاص ذوي النوايا السيئة عن هذه التقنيات. لقد ولت هذه الحواجز أمام الدخول تقريبًا. قالت الوزيرة كلينتون في خطاب ألقاه في 7 كانون الأول (ديسمبر) 2011 أمام مؤتمر مراجعة اتفاقية الأسلحة البيولوجية والتكسينية: "للأسف ، تتزايد قدرة الإرهابيين وغيرهم من الجهات الفاعلة غير الحكومية على تطوير واستخدام هذه الأسلحة. وبالتالي ، يجب أن يكون هذا تركيزًا متجددًا لجهودنا ... لأن هناك علامات تحذير ، وهي خطيرة للغاية بحيث لا يمكن تجاهلها ".

يثير التوسع الجذري لحدود علم الأحياء سؤالاً غير مريح: كيف تحمي نفسك من التهديدات التي لم توجد بعد؟ تقع الهندسة الوراثية على حافة عصر جديد. كان العصر القديم ينتمي إلى تسلسل الحمض النووي ، وهو ببساطة فعل قراءة الشفرة الجينية - تحديد واستخلاص المعنى من ترتيب المواد الكيميائية الأربعة التي تتكون منها الحمض النووي. لكننا الآن نتعلم كيف نفعل ذلك اكتب الحمض النووي ، وهذا يخلق احتمالات كبيرة ومرعبة.

مرة أخرى ، ساعد Craig Venter في الدخول في هذا التحول. في منتصف التسعينيات ، قبل أن يبدأ عمله في قراءة الجينوم البشري مباشرة ، بدأ يتساءل عما يتطلبه الأمر لكتابة واحد. أراد أن يعرف كيف يبدو الحد الأدنى من الجينوم المطلوب للحياة. لقد كان سؤالا جيدا. في ذلك الوقت ، كانت تقنية تخليق الحمض النووي بدائية ومكلفة للغاية بالنسبة لأي شخص كي يفكر في كتابة الحد الأدنى من الجينوم مدى الحياة أو ، أكثر من ذلك ، بناء سلاح بيولوجي متطور. كما أن تقنيات التضفير الجيني ، التي تنطوي على العمل الصعب المتمثل في استخدام الإنزيمات لقطع الحمض النووي الموجود من كائن أو أكثر وإعادة تجميعه معًا ، كانت صعبة للغاية بالنسبة لهذه المهمة.

لقد أدى التقدم الهائل في التكنولوجيا الحيوية إلى تقليص هذه المشاكل بشكل كبير. تنقل أحدث التقنيات - المعروفة باسم البيولوجيا التركيبية أو "synbio" - العمل من الجزيئي إلى الرقمي. يتم التلاعب بالشفرة الجينية باستخدام ما يعادل معالج النصوص. بضغطة زر ، يمكن قطع الشفرة التي تمثل الحمض النووي ولصقها ، واستيرادها بسهولة من نوع إلى آخر. يمكن إعادة استخدامها وإعادة توجيهها. يمكن تبديل قواعد الحمض النووي للداخل والخارج بدقة. وبمجرد أن يبدو الرمز صحيحًا؟ ببساطة اضغط على إرسال. يمكن لعشرات متاجر طباعة الحمض النووي المختلفة الآن تحويل هذه القطع إلى علم الأحياء.

في أيار (مايو) 2010 ، وبمساعدة هذه الأدوات الجديدة ، أجاب فينتر على سؤاله من خلال إنشاء أول كروموسوم اصطناعي ذاتي التكاثر في العالم. لتحقيق ذلك ، استخدم جهاز كمبيوتر لتصميم جينوم بكتيري جديد (يضم أكثر من مليون زوج أساسي في المجموع). بمجرد اكتمال التصميم ، تم إرسال الشفرة بالبريد الإلكتروني إلى Blue Heron Biotechnology ، وهي شركة في منطقة سياتل متخصصة في تصنيع الحمض النووي من المخططات الرقمية. أخذ مالك الحزين الأزرق Venter’s A و T و C و G وأعاد عدة قوارير مليئة بالحمض النووي البلازميدي المجمد. تمامًا كما يمكن للمرء تحميل نظام تشغيل في الكمبيوتر ، قام فينتر بعد ذلك بإدخال الحمض النووي الاصطناعي في خلية بكتيرية مضيفة تم إفراغها من الحمض النووي الخاص بها. سرعان ما بدأت الخلية في إنتاج البروتينات ، أو لاستخدام مصطلح الكمبيوتر الشائع لدى علماء الأحياء اليوم ، "تم تمهيدها": بدأت في التمثيل الغذائي ، والنمو ، والأهم من ذلك ، الانقسام ، اعتمادًا كليًا على كود الحمض النووي المحقون. أصبحت الزنزانة الواحدة اثنتان ، واثنتان أصبحت أربعة ، وأربعة أصبحت ثمانية. وكانت كل خلية جديدة تحمل تعليمات فينتر التركيبية فقط. لجميع الأغراض العملية ، كان شكلًا جديدًا تمامًا للحياة ، تم إنشاؤه تقريبًا من الصفر. أطلق عليها فينتر اسم "أول نوع ذاتي التكاثر لدينا على الكوكب ووالده جهاز كمبيوتر."

لكن فينتر كان مجرد خدش على السطح. يتيح الانخفاض الهائل في التكاليف وزيادة البساطة التقنية لعلماء البيولوجيا التركيبية أن يتلاعبوا بالحياة بطرق لم تكن ممكنة من قبل. في عام 2006 ، على سبيل المثال ، قام Jay D. Keasling ، مهندس الكيمياء الحيوية بجامعة كاليفورنيا في بيركلي ، بتجميع 10 جينات اصطناعية مصنوعة من المخططات الجينية لثلاثة كائنات مختلفة لإنشاء خميرة جديدة يمكنها تصنيع السلائف للدواء المضاد للملاريا مادة الأرتيميسينين ، حمض الأرتيميسينيك ، تتقلب الإمدادات الطبيعية بشكل كبير. وفي الوقت نفسه ، تعمل شركة Synthetic Genomics التابعة لـ Venter بالشراكة مع ExxonMobil على طحالب مصممة تستهلك ثاني أكسيد الكربون وتفرز الوقود الحيوي الذي كانت شركته المنبثقة عنها Synthetic Genomics Vaccines تحاول تطوير لقاحات لمكافحة الإنفلونزا يمكن صنعها في ساعات أو أيام بدلاً من أكثر من ستة أشهر مطلوبة الآن. تقوم شركة Solazyme ، وهي شركة synbio مقرها في سان فرانسيسكو ، بتصنيع وقود الديزل الحيوي باستخدام طحالب دقيقة مصممة هندسيًا. يشارك علماء المواد أيضًا في هذا الإجراء: فقد صمم DuPont و Tate & amp Lyle ، على سبيل المثال ، بشكل مشترك كائنًا عالي الكفاءة وصديقًا للبيئة يبتلع سكر الذرة ويفرز بروبانديول ، وهي مادة تستخدم في مجموعة واسعة من السلع الاستهلاكية ، من مستحضرات التجميل لمنتجات التنظيف.

يلعب علماء الأحياء الاصطناعية الآخرون آليات خلوية أكثر أساسية. أضافت مؤسسة التطور الجزيئي التطبيقي ، ومقرها فلوريدا ، قاعدتين (Z و P) للحمض النووي التقليدي الأربعة ، مما زاد من الأبجدية الجينية القديمة. في جامعة هارفارد ، قام جورج تشيرش بشحن التطور بشكل فائق من خلال عملية هندسة الجينوم الآلي المتعددة ، والتي تقوم بمبادلة جينات متعددة بشكل عشوائي في وقت واحد. بدلاً من إنشاء جينومات جديدة واحدًا تلو الآخر ، تخلق MAGE مليارات المتغيرات في غضون أيام.

أخيرًا ، نظرًا لأن synbio يجعل تصميم الحمض النووي وتوليفه وتجميعه أسهل ، فإننا ننتقل بالفعل من تعديل التصميمات الجينية الحالية إلى بناء كائنات حية جديدة - أنواع لم يسبق رؤيتها على الأرض من قبل ، الأنواع التي ولدت بالكامل من خيالنا. نظرًا لأنه يمكننا التحكم في البيئات التي ستعيش فيها هذه الكائنات - تعديل أشياء مثل درجة الحرارة والضغط ومصادر الغذاء مع التخلص من المنافسين والضغوط الأخرى - يمكننا قريبًا إنشاء كائنات قادرة على إنجاز أعمال مستحيلة في العالم "الطبيعي". تخيل الكائنات الحية التي يمكن أن تزدهر على سطح المريخ ، أو الإنزيمات القادرة على تغيير الكربون البسيط إلى الماس أو الأنابيب النانوية. يصعب تمييز الحدود النهائية للبيولوجيا التركيبية.

كل هذا يعني أن تفاعلاتنا مع علم الأحياء ، معقدة بالفعل ، على وشك أن تصبح أكثر إزعاجًا. قد يكون لخلط كود من أنواع متعددة أو إنشاء كائنات جديدة عواقب غير مقصودة. وحتى في المعامل ذات معايير السلامة العالية ، تحدث الحوادث. إذا كانت تلك الحوادث تنطوي على خرق للاحتواء ، فإن ما هو اليوم بكتيريا معملية غير ضارة يمكن أن يصبح غدًا كارثة بيئية. قال تقرير synbio لعام 2010 من قبل اللجنة الرئاسية لدراسة القضايا الأخلاقية الحيوية: "يمكن أن يؤدي الإطلاق غير المُدار ، من الناحية النظرية ، إلى تهجين غير مرغوب فيه مع كائنات أخرى ، وانتشار غير خاضع للرقابة ، ومزاحمة الأنواع الموجودة ، وتهديدات للتنوع البيولوجي. "

ومما يثير القلق مثل الخطأ البيولوجي تهديد الإرهاب البيولوجي. على الرغم من أن بكتيريا Venter التي تم إنشاؤها غير ضارة بشكل أساسي للإنسان ، يمكن استخدام نفس التقنيات لبناء فيروس أو بكتيريا ممرضة معروفة ، أو الأسوأ من ذلك ، هندسة نسخة أكثر فتكًا من أحدها. من السهل هندسة الفيروسات بشكل خاص ، وهي حقيقة تجلت في عام 2002 ، عندما صنع إيكارد فيمر ، عالم الفيروسات بجامعة ستوني بروك ، جينوم شلل الأطفال كيميائيًا باستخدام الحمض النووي المرسل بالبريد. في ذلك الوقت ، كان تخليق 7500 نيوكليوتيد يكلف حوالي 300000 دولار واستغرق عدة سنوات لإكماله. اليوم ، قد يستغرق تركيب مماثل أسابيع ويكلف بضعة آلاف من الدولارات. بحلول عام 2020 ، إذا استمرت الاتجاهات ، فسوف يستغرق الأمر بضع دقائق ويكلف حوالي 3 دولارات. لقد أنفقت الحكومات في جميع أنحاء العالم المليارات في محاولة القضاء على شلل الأطفال ، تخيل الضرر الذي يمكن أن يحدثه الإرهابيون بمسببات الأمراض التي تبلغ 3 دولارات.

كان ذلك الحين، وهذا هو الآن. اليوم ، هناك اتجاهان يغيران اللعبة. بدأت الأولى في عام 2004 ، عندما تم إطلاق مسابقة الآلات المهندسة وراثيًا (iGEM) في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. في هذه المسابقة ، تقوم فرق من طلاب المدارس الثانوية والجامعات ببناء أنظمة بيولوجية بسيطة من أجزاء قياسية قابلة للتبديل. هذه الأجزاء المعيارية ، المعروفة الآن باسم BioBricks ، هي أجزاء من شفرة الحمض النووي ، مع هياكل ووظائف محددة بوضوح ، والتي يمكن ربطها معًا بسهولة في مجموعات جديدة ، مثل مجموعة من مكعبات الليغو الجينية. تجمع iGEM هذه التصميمات في سجل الأجزاء البيولوجية القياسية ، وهي قاعدة بيانات مفتوحة المصدر من BioBricks قابلة للتنزيل ويمكن لأي شخص الوصول إليها.

على مر السنين ، دفعت فرق iGEM ليس فقط الحواجز التقنية ولكن أيضًا الحواجز الإبداعية. بحلول عام 2008 ، كان الطلاب يصممون كائنات حية ذات تطبيقات واقعية ، وقد فاز فريق من سلوفينيا بالمسابقة في ذلك العام عن لقاحها المصمم ضد هيليكوباكتر بيلوريوهي البكتيريا المسؤولة عن معظم القرح. أكمل الفائز بالجائزة الكبرى لعام 2011 ، وهو فريق من جامعة واشنطن ، ثلاثة مشاريع منفصلة ، كل منها ينافس مخرجات الأكاديميين العالميين وصناعة المستحضرات الصيدلانية الحيوية. قامت الفرق بتحويل الخلايا البكتيرية إلى كل شيء من أفلام التصوير الفوتوغرافي إلى بدائل الدم المنتجة للهيموجلوبين إلى محركات الأقراص الصلبة المصغرة ، كاملة مع تشفير البيانات.

مع ارتفاع تطور أبحاث iGEM ، ارتفع مستوى المشاركة أيضًا. في عام 2004 ، قدمت خمسة فرق 50 BioBricks محتملة إلى السجل. بعد ذلك بعامين ، قدم 32 فريقًا 724 قطعة. بحلول عام 2010 ، انتشر iGEM إلى 130 فريقًا قدموا 1،863 جزءًا - وكانت قاعدة بيانات السجل أكثر من 5000 مكون قوي. كما اوقات نيويورك أشار:

(يتطلب igem نفسه من الطلاب أن يكونوا على دراية بأي قضايا أخلاقية أو تتعلق بالسلامة ، ويشجع الخطاب العام حول هذه الأسئلة.)

الاتجاه الثاني الذي يجب مراعاته هو التقدم الذي أحرزته المنظمات الإرهابية والإجرامية مع كل تكنولوجيا معلومات أخرى تقريبًا. منذ ولادة الثورة الرقمية ، تبين أن بعض المتبنين الأوائل كانوا جهات فاعلة مارقة. اكتشف مخترفو الهاتف مثل John Draper (a k a "Captain Crunch") في السبعينيات أن شبكة الهاتف AT & ampT يمكن خداعها للسماح بإجراء مكالمات مجانية بمساعدة صفارة بلاستيكية تُعطى في علب الحبوب (وبالتالي لقب Draper). في الثمانينيات ، تم تخريب أجهزة الكمبيوتر المكتبية المبكرة بواسطة مجموعة معقدة من فيروسات الكمبيوتر من أجل المتعة الضارة - ثم في التسعينيات ، لسرقة المعلومات وتحقيق مكاسب مالية. شهد العقد الأول من القرن الحادي والعشرين خوارزميات تشفير بطاقات الائتمان غير قابلة للكسر على ما يبدو وهندسة عكسية وهواتف ذكية مصابة ببرامج ضارة بشكل متكرر. على نطاق أوسع ، أصبحت هجمات رفض الخدمة مدمرة بشكل متزايد ، مما أدى إلى شل كل شيء من مواقع الويب الفردية إلى الشبكات المالية الضخمة. في عام 2000 ، نجح "مافيابوي" ، طالب مدرسة ثانوية كندي يعمل بمفرده ، في تجميد أو إبطاء مواقع الويب الخاصة بـ Yahoo و eBay و CNN و Amazon و Dell.

في عام 2007 ، أغرق المتسللون الروس مواقع الويب الإستونية ، وعطلوا المؤسسات المالية ، وشبكات البث ، والوزارات الحكومية ، والبرلمان الإستوني. بعد مرور عام ، شهدت دولة جورجيا ، قبل الغزو الروسي ، هجومًا إلكترونيًا ضخمًا يشل نظامه المصرفي ويعطل شبكات الهواتف المحمولة. أعاد المتمردون العراقيون بعد ذلك استخدام برنامج SkyGrabber - وهو برنامج روسي رخيص يستخدم كثيرًا لسرقة القنوات الفضائية - لاعتراض بث الفيديو لطائرات بريداتور الأمريكية من أجل مراقبة العمليات العسكرية الأمريكية والتهرب منها.

في الآونة الأخيرة ، استحوذت الجريمة المنظمة على التعهيد الجماعي لأجزاء من عملياتها غير القانونية - طباعة بطاقات ائتمان مزيفة ، وغسيل الأموال - لأشخاص أو مجموعات ذات مهارات متخصصة. (في اليابان ، ياكوزا بدأت حتى في الاستعانة بمصادر خارجية لجرائم القتل ، إلى العصابات الصينية.) نظرًا للطبيعة المجهولة للجمهور على الإنترنت ، فإنه من المستحيل تقريبًا على أجهزة إنفاذ القانون تتبع هذه الجهود.

الاتجاه التاريخي واضح: عندما تدخل التقنيات الجديدة إلى السوق ، تتبع الاستخدامات غير المشروعة بسرعة الاستخدامات المشروعة. ستظهر قريباً سوق سوداء. وهكذا ، مثلما استغل المجرمون والإرهابيون العديد من أشكال التكنولوجيا الأخرى ، فمن المؤكد أنهم سيتجهون قريبًا إلى البيولوجيا التركيبية ، أحدث الحدود الرقمية.

في عام 2005 ، وكجزء من استعداده لمواجهة هذا التهديد ، قام مكتب التحقيقات الفيدرالي بتعيين إدوارد يو ، باحث السرطان في أمجين والمعالج الجيني سابقًا في كلية كيك للطب بجامعة جنوب كاليفورنيا. أنت الآن وكيل خاص مشرف في مديرية أسلحة الدمار الشامل داخل وحدة الإجراءات المضادة البيولوجية التابعة لمكتب التحقيقات الفيدرالي ، كنت تعرف أن التكنولوجيا الحيوية كانت تتوسع بسرعة كبيرة للغاية بحيث لا يستطيع المكتب مواكبة ذلك ، لذلك قرر أن الطريقة الوحيدة للبقاء في الطليعة هي أن تطوير شراكات مع من هم في الصدارة. تقول: "عندما شاركت ، كان من الواضح جدًا أن مكتب التحقيقات الفيدرالي لم يكن على وشك البدء في لعب دور الأخ الأكبر في علوم الحياة. إنه ليس تفويضنا ، وهو غير ممكن. كل الخبرات تكمن في المجتمع العلمي. يجب أن تكون وظيفتنا التوعية. نحن بحاجة إلى خلق ثقافة الأمن في مجتمع synbio ، العلم المسؤول ، حتى يفهم الباحثون أنفسهم أنهم حراس المستقبل ".

لتحقيق هذه الغاية ، بدأ مكتب التحقيقات الفيدرالي (FBI) في استضافة مؤتمرات مجانية للأمن البيولوجي ، وتمركز منسقي التوعية بأسلحة الدمار الشامل في 56 مكتبًا ميدانيًا للتواصل مع مجتمع synbio (من بين مسؤوليات أخرى) ، وأصبح شريكًا في iGEM. في عام 2006 ، بعد المراسلين في الحارس نجح موردو المواد الجينية في طلب جزء معطل من الجينوم لفيروس الجدري بالبريد ، وقرروا تطوير مبادئ توجيهية للرقابة الذاتية. وفقًا لك ، يرى مكتب التحقيقات الفيدرالي الظهور العضوي لهذه الإرشادات كدليل على نجاح نهج الشرطة المجتمعية. ومع ذلك ، لسنا متأكدين من أن هذه القواعد الجديدة تفعل الكثير إلى جانب ضمان عدم إرسال العامل الممرض إلى P.O. علبة.

في أي حال ، هناك حاجة إلى أكثر من ذلك بكثير. قال تقرير صدر في أكتوبر 2011 عن مركز أسلحة الدمار الشامل ، وهو منظمة غير ربحية يقودها السناتور السابقان بوب جراهام (ديمقراطي) وجيم تالنت (جمهوري) ، إن هجومًا بأسلحة الدمار الشامل برعاية إرهابية في مكان ما من العالم كان محتملاً بحلول نهاية عام 2013 - و أن السلاح سيكون على الأرجح بيولوجيًا. سلط التقرير الضوء على وجه التحديد على مخاطر البيولوجيا التركيبية:

الجهات الحاقدة من غير الدول ليست هي الخطر الوحيد الذي يجب مراعاته. تستضيف أربعون دولة الآن أبحاث synbio ، ومن بينها الصين. معهد بكين للجينوم ، الذي تأسس عام 1999 ، هو أكبر منظمة أبحاث جينومية في العالم ، حيث يقوم بترتيب ما يعادل 700000 جينوم بشري سنويًا. (في الآونة الأخيرة علم مقالًا ، زعمت BGI أن لديها قدرة تسلسل أكبر من جميع المختبرات الأمريكية مجتمعة.) في العام الماضي ، خلال ألمانيا بكتريا قولونية ، عندما أثيرت مخاوف من أن المرض كان سلالة جديدة ، مميتة بشكل خاص ، قامت BGI بتسلسل الجاني في ثلاثة أيام فقط. لوضع ذلك في المنظور الصحيح ، فإن السارس - نوع الالتهاب الرئوي المميت الذي أصاب العالم بالذعر في عام 2003 - تم تسلسله في 31 يومًا. ويبدو أن BGI تستعد لتجاوز تسلسل الحمض النووي وتصبح أيضًا واحدة من أهم مُصنِّعات الحمض النووي.

توظف BGI الآلاف من الباحثين الشباب المتميزين كل عام. التدريب رائع ، لكن الأجور منخفضة حسب التقارير. وهذا يعني أن العديد من علماء الأحياء الاصطناعية الموهوبين قد يبحثون عن رواتب أفضل ومراعي أكثر خضرة كل عام أيضًا. ستظهر بعض هذه الوظائف بلا شك في بلدان لم تظهر بعد على رادار synbio. من شبه المؤكد أن إيران وكوريا الشمالية وباكستان ستقوم بالتوظيف.

في الفترة التي سبقت تنصيب باراك أوباما ، ارتفعت التهديدات ضد الرئيس القادم بشكل ملحوظ. كان لا بد من إجراء تحقيق شامل في كل من هذه التهديدات. في كتابه عن الخدمة السرية ، كتب رونالد كيسلر أنه في يناير 2009 ، على سبيل المثال ، عندما ظهرت معلومات استخبارية أن جماعة الشباب الإسلامية التي تتخذ من الصومال مقراً لها قد تحاول تعطيل تنصيب أوباما ، أصبح تفويض الخدمة السرية لذلك اليوم أكثر صعوبة. إجمالاً ، كما أفاد كيسلر ، نسقت الخدمة حوالي 40 ألف عميل وضابط من 94 من أجهزة الشرطة والجيش والأمن. تم نشر كلاب شم القنابل في جميع أنحاء المنطقة ، وتمركزت فرق القناصة المضادة على طول طريق العرض. هذه قدرة استجابة كبيرة ، لكنها لن تكون كافية في المستقبل. الدفاع الكامل ضد الأسلحة التي يمكن أن تجعلها synbio ممكنة لم يتم اختراعها بعد.

إن نطاق التهديدات التي يتعين على جهاز الخدمة السرية الاحتراس منها يمتد بالفعل إلى ما هو أبعد من الأسلحة النارية والأجهزة المتفجرة. تم شن هجمات كيميائية وإشعاعية ضد مسؤولين حكوميين في السنوات الأخيرة.في عام 2004 ، تسبب تسمم المرشح الرئاسي الأوكراني فيكتور يوشينكو في مادة TCCD ، وهي مركب ديوكسين شديد السمية. نجا يوشينكو ، لكنه أصيب بندوب شديدة بسبب الآفات الناجمة كيميائياً. في عام 2006 ، تم تسميم ألكسندر ليتفينينكو ، وهو ضابط سابق في جهاز الأمن الروسي ، بالنظائر المشعة البولونيوم 210. واستخدام الأسلحة البيولوجية نفسها يكاد يكون غير معروف ، فقد وصلت هجمات الجمرة الخبيثة عام 2001 في الولايات المتحدة تقريبًا إلى أعضاء مجلس الشيوخ.

وبطبيعة الحال ، يشتبه في أن الكرملين يسمم أعدائه منذ عقود ، والجمرة الخبيثة موجودة منذ فترة. لكن التقنيات الجينية تفتح الباب أمام تهديد جديد ، حيث يمكن استخدام الحمض النووي لرئيس الدولة ضده أو ضدها. هذا من الصعب بشكل خاص للدفاع ضده. لا يمكن لأي قدر من يقظة الخدمة السرية أن يؤمن بشكل كامل الحمض النووي للرئيس ، لأنه يمكن الآن إنتاج مخطط جيني كامل من المعلومات داخل خلية واحدة فقط. كل واحد منا يخرج ملايين وملايين الخلايا كل يوم. يمكن جمعها من أي عدد من المصادر - منديل مستعمل ، كأس للشرب ، فرشاة أسنان. في كل مرة يصافح فيها الرئيس أوباما ناخبًا أو عضوًا في مجلس الوزراء أو زعيمًا أجنبيًا ، فإنه يترك أثراً وراثياً قابلاً للاستغلال. كلما أعطى قلما في حفل توقيع الفاتورة ، فإنه يعطي أيضا بضع زنازين. ماتت هذه الخلايا ، لكن الحمض النووي سليم ، مما يسمح بالكشف عن تفاصيل يحتمل أن تهدد بيولوجيا الرئيس.

لبناء سلاح بيولوجي ، ستكون الخلايا الحية هي الهدف الحقيقي (على الرغم من أن الخلايا الميتة قد تكفي بعد عقد من الآن). هذه هي أكثر صعوبة في التعافي. خصلة من الشعر ، على سبيل المثال ، ميتة ، ولكن إذا كان هذا الشعر يحتوي على بصيلات ، فإنه يحتوي أيضًا على خلايا حية. يمكن أن تكفي العينة التي يتم جمعها من الدم الطازج أو اللعاب ، أو حتى العطس ، المحشورة في منديل ورقي. بمجرد استعادتها ، يمكن زراعة هذه الخلايا الحية ، مما يوفر إمدادًا مستمرًا بمواد البحث.

حتى لو كان عملاء الخدمة السرية قادرين على تنظيف جميع الخلايا المنبثقة من المناطق المحيطة الحالية للرئيس ، فلن يتمكنوا من إيقاف استعادة الحمض النووي من ماضي الرئيس. الحمض النووي جزيء مستقر للغاية ويمكن أن يستمر لآلاف السنين. تظل المواد الجينية موجودة على الملابس القديمة وأوراق المدرسة الثانوية - أي من الأشياء التي لا تعد ولا تحصى والتي تم التعامل معها والتخلص منها قبل فترة طويلة من إعلان الترشح للرئاسة. ما مقدار الاهتمام الذي تم تخصيصه لحماية الحمض النووي لباراك أوباما عندما كان سيناتورًا؟ منظم مجتمعي في شيكاغو؟ طالب في القانون بجامعة هارفارد؟ روضة؟ وحتى إذا تم إغلاق الحمض النووي الرئاسي بشكل كامل بطريقة ما ، فيمكن إجراء تقريب جيد للرمز من خلايا أطفال الرئيس ، أو والديهم ، أو أشقائه ، سواء كانوا أحياء أم لا.

يمكن استخدام الحمض النووي الرئاسي في مجموعة متنوعة من الطرق الحساسة سياسياً ، ربما لتلفيق أدلة على علاقة ما ، أو تأجيج التكهنات حول مكان الميلاد والتراث ، أو تحديد العلامات الجينية للأمراض التي يمكن أن تلقي بظلال من الشك على القدرة القيادية والحدة العقلية. كم سيستغرق عزل رئيس؟ قد تكون العلامات الأولى لمرض الزهايمر لرونالد ريغان قد ظهرت خلال فترة ولايته الثانية. يشعر بعض الأطباء اليوم أن المرض كان إما كامنًا أو خفيفًا جدًا بحيث لا يؤثر على قدرته على الحكم. ولكن إذا تم تأكيد المعلومات حول حالته وراثياً ونشرها ، فهل كان الشعب الأمريكي سيطالب باستقالته؟ هل يمكن أن يضطر الكونجرس إلى عزله؟

بالنسبة للخدمة السرية ، تستحضر نقاط الضعف الجديدة هذه سيناريوهات هجوم تستحق قصة إثارة هوليوود. يجعل التقدم في أبحاث الخلايا الجذعية أي خلية حية قابلة للتحويل إلى العديد من أنواع الخلايا الأخرى ، بما في ذلك الخلايا العصبية أو خلايا القلب أو حتى "الحيوانات المنوية" المشتقة من المختبر (IVD). يمكن ، من الناحية النظرية ، استخدام أي خلايا حية يتم استردادها من زجاج متسخ أو منديل مجعد لتصنيع خلايا الحيوانات المنوية الاصطناعية. وهكذا ، فجأة ، يمكن أن يواجه الرئيس "عاشق سابق" يقدم دليل الحمض النووي على لقاء جنسي ، مثل بقعة السائل المنوي على ثوب. يمكن للاختبارات المتطورة أن تميز الحيوانات المنوية المزيفة لأجهزة IVD عن الشيء الحقيقي - لن تكون متطابقة - لكن النتائج قد لا تكون مقنعة أبدًا لعامة الناس. قد تثبت الحيوانات المنوية IVD يومًا ما أنها قادرة على تخصيب البويضات ، مما يسمح بولادة "الأطفال المحبين" باستخدام الإخصاب القياسي في المختبر.

كما ذكرنا ، حتى علاجات السرطان الحديثة يمكن تسخيرها لغايات خبيثة. العلاجات الشخصية المصممة لمهاجمة الخلايا السرطانية لمريض معين تنتقل بالفعل إلى التجارب السريرية. تستعد البيولوجيا التركيبية لتوسيع هذه العملية وتسريعها بجعل العلاجات الفيروسية الفردية غير مكلفة. يمكن لمثل هذه "الرصاصات السحرية" أن تستهدف الخلايا السرطانية بدقة. ولكن ماذا لو تم تدريب هذه الرصاصات على مهاجمة الخلايا السليمة بدلاً من ذلك؟ إذا تدربوا على خلايا الشبكية ، فإنهم سينتجون العمى. ضد الحصين ، قد ينتج عن ذلك مسح للذاكرة. وماذا عن الكبد؟ سيتبع الموت في شهور.

سيكون من الصعب للغاية الكشف عن إيصال هذا النوع من العوامل البيولوجية. الفيروسات عديمة الطعم والرائحة وسهلة التهوية. يمكن أن يتم إخفاؤها في زجاجة عطر ، وكل ما تتطلبه محاولة اغتيال. إذا تم تصميم العامل الممرض بحيث لا يقتصر على الحمض النووي للرئيس على وجه التحديد ، فلن يمرض أي شخص آخر. لن يشك أحد في حدوث هجوم إلا بعد فترة طويلة من الإصابة.

يمكن تصنيع العوامل الخبيثة لإحداث أضرارها بعد أشهر أو حتى سنوات من التعرض ، اعتمادًا على أهداف المصمم. من المعروف بالفعل أن العديد من الفيروسات تسبب الإصابة بالسرطان. يمكن في النهاية تصميم أنواع جديدة لإصابة الدماغ ، على سبيل المثال ، بمرض انفصام الشخصية الاصطناعية أو الاضطراب ثنائي القطب أو مرض الزهايمر. توجد احتمالات غريبة أيضًا. يمكن لمرض مصمم لتضخيم إنتاج الكورتيزول والدوبامين أن يحرض جنون العظمة الشديد ، على سبيل المثال ، تحويل حمامة تسعى إلى السلام إلى صقر مسبب للحرب. أو يمكن للفيروس الذي يعزز إنتاج الأوكسيتوسين ، المادة الكيميائية المسؤولة على الأرجح عن مشاعر الثقة ، أن يلعب دور الجحيم بقدرات القائد التفاوضية. بعض هذه الأفكار ليست جديدة. منذ عام 1994 ، وضع مختبر رايت التابع لسلاح الجو الأمريكي نظرية حول قنابل الفيرومون الكيميائية.

بطبيعة الحال ، لن يكون رؤساء الدول وحدهم عرضة للتهديدات المتزامنة. قامت القاعدة بتوجيه طائرات إلى المباني لشل وول ستريت ، لكن تخيلوا الضرر الذي وقع بهجوم استهدف الرؤساء التنفيذيين لعدد من حظ يمكن أن تفعل 500 شركة للاقتصاد العالمي. ننسى اختطاف الرعايا الأجانب الأثرياء للحصول على فدية ، فقد يكون خطف حمضهم النووي كافيًا يومًا ما. سيواجه المشاهير نوعًا جديدًا من المطارد. مع نضوج البيولوجيا المنزلية ، يمكن أن ينتهي الأمر باستخدام هذه التقنيات لـ "تسوية" جميع أنواع الخلافات ، حتى تلك الخاصة بالتنوع المحلي. بلا شك ، نحن قريبون من فجر عالم جديد شجاع.

كيف يمكننا حماية الرئيس في السنوات المقبلة ، مع استمرار تقدم التكنولوجيا الحيوية؟ على الرغم من تسارع التكنولوجيا الحيوية القابلة للاستغلال بسهولة ، فإن الخدمة السرية ليست عاجزة. يمكن اتخاذ خطوات للحد من المخاطر. لن تكشف الوكالة عن الدفاعات الموجودة بالفعل ، ولكن إنشاء فريق عمل علمي داخل الوكالة لرصد مخاطر التكنولوجيا الحيوية الجديدة والتنبؤ بها وتقييمها سيكون مكانًا واضحًا للبدء. نشر تقنيات الاستشعار هو احتمال آخر. بالفعل ، تم بناء أجهزة كشف حيوية يمكنها استشعار مسببات الأمراض المعروفة في أقل من ثلاث دقائق. يمكن أن تتحسن هذه - أ قطعة أرض أفضل - ولكن مع ذلك ، قد تكون فعاليتها محدودة. نظرًا لأن synbio يفتح الباب أمام مسببات الأمراض الجديدة المستهدفة بدقة ، فسنحتاج إلى اكتشاف ما لم نشهده من قبل. في هذا ، ومع ذلك ، فإن الخدمة السرية لها ميزة كبيرة على مراكز السيطرة على الأمراض والوقاية منها أو منظمة الصحة العالمية: مسؤوليتها الرئيسية هي حماية واحد محدد شخص. يمكن تطوير تقنيات الاستشعار الحيوي حول الجينوم الفعلي للرئيس. يمكننا استخدام خلاياه الحية لبناء نظام إنذار مبكر بدقة جزيئية.

يمكن أيضًا الاحتفاظ بثقافات الخلايا الحية المأخوذة من الرئيس جاهزة - المكافئ البيولوجي لعمليات النسخ الاحتياطي للبيانات. وبحسب ما ورد تحمل الخدمة السرية بالفعل عدة باينتات من الدم من نوع الرئيس في موكبه ، في حالة ضرورة نقل الدم في حالات الطوارئ. يمكن توسيع أنظمة النسخ الاحتياطي البيولوجية هذه لتشمل "الحمض النووي النظيف" - بشكل أساسي ، مكتبات الخلايا الجذعية التي تم التحقق منها والتي من شأنها أن تسمح بزرع نخاع العظم أو تعزيز القدرات المضادة للفيروسات أو مضادات الميكروبات. مع تحسن ما يسمى بتقنيات طباعة الأنسجة ، يمكن حتى أن تتحول خلايا الرئيس ، يومًا ما ، إلى أعضاء بديلة جاهزة جاهزة.

ومع ذلك ، حتى لو نفذت الخدمة السرية بعض أو كل هذه الإجراءات ، فليس هناك ما يضمن حماية الجينوم الرئاسي بالكامل. من المحتمل أن ينجح أي شخص مصمم حقًا على الحصول على الحمض النووي للرئيس ، بغض النظر عن الدفاعات. وقد يتعين على جهاز الخدمة السرية أن يقبل أنه لا يمكنه مواجهة جميع التهديدات البيولوجية بشكل كامل ، أكثر مما يضمن عدم إصابة الرئيس بنزلة برد أبدًا.

على أمل شن أفضل دفاع ضد أي هجوم ، فإن أحد الحلول الممكنة - لا يخلو من عيوبه - هو الشفافية الراديكالية: إطلاق الحمض النووي للرئيس والبيانات البيولوجية الأخرى ذات الصلة ، إما لمجموعة مختارة من باحثي العلوم الحيوية المعتمدين أمنيًا أو (الطرف البعيد). خطوة أكثر إثارة للجدل) للجمهور بشكل عام. قد تبدو هذه الأفكار غير منطقية ، لكننا توصلنا إلى الاعتقاد بأن فتح هذه المشكلة - وإشراك الجمهور الأمريكي بنشاط في تحدي حماية زعيمه - قد يكون أفضل دفاع.

أحد الأسباب العملية هو التكلفة. أي جهود حماية داخلية ستكون باهظة الثمن بشكل استثنائي. بالتأكيد ، بالنظر إلى ما هو على المحك ، ستتحمل الدولة النفقات ، لكن هل هذا هو الحل الأفضل؟ بعد كل شيء ، على مدار السنوات الخمس الماضية ، أنتجت DIY Drones ، وهي مجتمع غير ربحي عبر الإنترنت من هواة الطائرات المستقلين (يعملون مجانًا ، في أوقات فراغهم) ، مركبة جوية بدون طيار بقيمة 300 دولار مع 90 بالمائة من وظائف الجيش التي تبلغ 35000 دولار Raven. هذا النوع من تخفيض الأسعار نموذجي للمشاريع مفتوحة المصدر.

علاوة على ذلك ، فإن إجراء الأمن البيولوجي داخل الشركة يعني جذب والحفاظ على مستوى عالٍ جدًا من المواهب. يضع هذا الخدمة السرية في منافسة مع الصناعة - وهو موقف لا يمكن الدفاع عنه مالياً - ومع الأوساط الأكاديمية ، التي توفر للباحثين حرية معالجة مجموعة واسعة من المشكلات المثيرة للاهتمام. ولكن من خلال الاستفادة من الذكاء الجماعي لمجتمع علوم الحياة ، ستحصل الوكالة على مساعدة المجموعة الأفضل استعدادًا لمعالجة هذه المشكلة ، دون أي تكلفة.

كما أن فتح مصادر المعلومات الجينية للرئيس لمجموعة مختارة من الباحثين الحاصلين على تصريح أمني من شأنه أن يجلب فوائد أخرى أيضًا. سيسمح لعلوم الحياة باتباع خطى علوم الكمبيوتر ، حيث تعتبر "تمارين الفريق الأحمر" أو "اختبار الاختراق" من الممارسات الشائعة للغاية. في هذه التدريبات ، يحاول الفريق الأحمر - عادةً مجموعة من قراصنة القبعة السوداء المزيفة - العثور على نقاط ضعف في دفاعات المؤسسة (الفريق الأزرق). يمكن تطوير بيئة اختبار مماثلة لألعاب الحرب البيولوجية.

أحد أسباب ترسيخ هذا النوع من الممارسة على نطاق واسع في عالم الكمبيوتر هو أن سرعة التطوير تتجاوز بكثير قدرة أي خبير أمان فردي ، يعمل بمفرده ، على مواكبة ذلك. نظرًا لأن علوم الحياة تتقدم الآن بشكل أسرع من الحوسبة ، فإن الجهد المبذول على غرار مشروع مانهاتن الداخلي يمكن أن يضع الخدمة السرية في مقدمة هذا المنحنى. يمتلك مكتب التحقيقات الفيدرالي (FBI) موارد تحت تصرفه أكبر بكثير من تلك الموجودة في الخدمة السرية ، حيث يعمل ما يقرب من 36000 شخص هناك ، على سبيل المثال ، مقارنة بأقل من 7000 في الخدمة السرية. ومع ذلك ، قام إدوارد أنت ومكتب التحقيقات الفيدرالي بمراجعة نفس المشكلة وخلصا إلى أن فقط الطريقة التي يمكن للمكتب من خلالها مواكبة التهديدات البيولوجية كانت من خلال إشراك مجتمع علوم الحياة بأكمله.

فلماذا تذهب أبعد من ذلك؟ لماذا تتخذ الخطوة الجذرية بإطلاق جينوم الرئيس للعالم بدلاً من الاكتفاء بالباحثين الذين لديهم تصاريح أمنية؟ لسبب واحد ، كما يوضح تفويض وزارة الخارجية الأمريكية بجمع الحمض النووي ، أن المجموعة السرية للمواد الجينية لقادة العالم قد بدأت بالفعل. لن يكون من المستغرب إذا تم بالفعل جمع الحمض النووي للرئيس وتحليله من قبل أعداء أمريكا. كما أنه ليس من غير المعقول ، بالنظر إلى سياساتنا الحزبية السيئة على نحو متزايد ، أن خصوم الرئيس السياسيين المحليين يمتلكون حمضه النووي. في عدد نوفمبر 2008 من صحيفة الطب الانكليزية الجديدةوحذر روبرت سي جرين وجورج ج. أنس من هذا الاحتمال ، وكتبوا أنه بحلول انتخابات عام 2012 ، "ستزيد التطورات في علم الجينوم من احتمال جمع الحمض النووي وتحليله لتقييم معلومات المخاطر الجينية التي يمكن استخدامها أو ، على الأرجح ، ضد المرشحين للرئاسة ". كما أنه ليس من الصعب تخيل ظهور نظير بيولوجي لمجموعة Anonymous التي تعمل في مجال قرصنة الكمبيوتر ، والتي تهدف إلى تقديم صورة شفافة لجينومات قادة العالم وتاريخهم الطبي. عاجلاً أم آجلاً ، حتى بدون المصادر المفتوحة ، سينتهي المطاف بجينوم الرئيس في نظر الجمهور.

فيصبح السؤال: هل هو أكثر خطورة أن تلعب دفاعًا والأمل في الأفضل ، أم أن تستمر في الهجوم وتستعد للأسوأ؟ لا يعتبر أي من الخيارين رائعًا ، ولكن حتى فيما وراء القضايا المهمة المتعلقة بالتكلفة وجذب المواهب ، فإن المصادر المفتوحة - كما تشير كلير فريزر ، مديرة معهد علوم الجينوم في كلية الطب بجامعة ميريلاند ، "من شأنها أن تكافئ اللعب الميدانية ، مما يلغي الحاجة إلى وكالات الاستخبارات للتخطيط لكل سيناريو أسوأ حالة ممكن ".

كما سيسمح للبيت الأبيض باستباق العاصفة الإعلامية التي قد تحدث إذا سرب شخص آخر جينوم الرئيس. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الفحص المستمر لجينوم الرئيس سيسمح لنا بإنشاء خط أساس وتتبع التغيرات الجينية بمرور الوقت ، مما ينتج عنه مستوى استثنائي من الكشف المبكر عن السرطانات وأمراض التمثيل الغذائي الأخرى. وإذا تم العثور على مثل هذه الأمراض ، يمكن للجينوم مفتوح المصدر أيضًا تسريع تطوير العلاجات الشخصية.

العامل الأكبر الذي يجب مراعاته هو الوقت. في عام 2008 ، كان حوالي 14000 شخص يعملون في مختبرات بالولايات المتحدة مع إمكانية الوصول إلى مواد مُمْرِضة بشكل خطير ، ولا نعرف عدد عشرات الآلاف الآخرين الذين يقومون بنفس الشيء في الخارج. خارج تلك المختبرات ، أدوات وتقنيات الهندسة الوراثية متاحة للعديد من الأشخاص الآخرين. في عام 2003 ، لاحظت لجنة من خبراء علوم الحياة ، بدعوة من الأكاديمية الوطنية للعلوم لمجموعة التقييمات الاستراتيجية لوكالة المخابرات المركزية ، أنه نظرًا لأن العمليات والتقنيات اللازمة لتطوير العوامل الحيوية المتقدمة يمكن استخدامها في الخير أو الشر ، سيكون التمييز بين البحث المشروع والبحث الخاص بإنتاج الأسلحة البيولوجية أمرًا بالغ الصعوبة قريبًا. ونتيجة لذلك ، "جادل معظم أعضاء اللجنة بأن علاقة مختلفة نوعياً بين الحكومة ومجتمعات علوم الحياة قد تكون ضرورية للتعامل بشكل أكثر فاعلية مع تهديد الأسلحة البيولوجية في المستقبل."

من وجهة نظرنا ، لم يعد الأمر يتعلق بـ "ربما". إن التقدم في التكنولوجيا الحيوية يغير المشهد العلمي جذريًا. نحن ندخل عالمًا حيث الخيال هو المكابح الوحيد لعلم الأحياء ، حيث يمكن للأفراد المتفانين إنشاء حياة جديدة من الصفر. اليوم ، عندما يتم ذكر مشكلة صعبة ، هناك لازمة شائعة يوجد تطبيق لهذا. في وقت أقرب مما قد تعتقد ، تطبيق سيتم استبداله بـ كائن حي عندما نفكر في حلول للعديد من المشاكل. في ضوء ثورة synbio القادمة ، قد تثبت العلاقة الواسعة النطاق بين العلماء والمنظمات الأمنية - وهي علاقة محددة بالتبادل المفتوح والتعاون المستمر والدفاعات التي تعتمد على الجمهور - الطريقة الوحيدة لحماية الرئيس. وفي هذه العملية ، بقيتنا.


تاريخ تخليق الحمض النووي الكيميائي

أتاحت سلائف الفوسفوراميديت النوكليوزيدية ومنهجيات الدعم الصلبة ، التي تم تطويرها في أوائل الثمانينيات في جامعة كولورادو في بولدر ، أتمتة وتسويق عملية تخليق الحمض النووي ، مما أدى إلى توافر قليل النوكليوتيدات الاصطناعية على نطاق واسع. تعد قليل النوكليوتيدات والحمض النووي الاصطناعي الآن جزءًا أساسيًا من كل جانب تقريبًا من جوانب التطور الصيدلاني الحيوي الحديث والبيولوجيا التركيبية القريبة.

لقد كان نجاح طريقة تخليق الحمض النووي الكيميائي أمرًا استثنائيًا ، وأدى التقدم إلى إنتاجية أعلى ، واستهلاك أقل للكواشف ، وتكلفة أقل. ومع ذلك ، فإن تركيب الحمض النووي عبر الفوسفوراميديت محدود بطبيعته بالكيمياء. على الرغم من أن التفاعلات تستمر بشكل روتيني بكفاءة الاقتران & gt99.2٪ لكل إضافة لبنة ، فإن العملية التكرارية توفر الحمض النووي في عوائد متناقصة بسرعة ومعدلات خطأ مركبة عالية بأطوال تسلسل تبلغ 100 نيوكليوتيد. هذه القيود ، جنبًا إلى جنب مع الكواشف القاسية وظروف التفاعل المستخدمة ، تسلط الضوء على الحاجة إلى تمكين طرق تخليق الحمض النووي.


تعمل الأدوات الجديدة على إضفاء الطابع الديمقراطي على علوم الحياة وتمكين بيولوجيا ريادة الأعمال

توماس يبرت ، دكتوراه
المؤسس المشارك والرئيس التنفيذي
نص DNA

كانت أجهزة الكمبيوتر - ذات مرة - تشغل غرفًا بأكملها. كانت هناك حاجة إلى العديد من الأشخاص لتشغيلها ، وكانت الكفاءات التي خلقتها مفيدة فقط للمنظمات المركزية الكبيرة جدًا مثل الجامعات والجيوش والحكومات. كانت التطورات في التكنولوجيا بطيئة ، وكذلك زيادة الإنتاجية.

ثم ظهر الكمبيوتر الشخصي. تسارعت التحسينات التكنولوجية ، وكذلك مكاسب الإنتاجية. تضع أجهزة كمبيوتر Apple وأجهزة الكمبيوتر الشخصية التي تعمل بنظام Windows قوة حوسبة مذهلة في أيدي أي شخص لديه بضعة آلاف من الدولارات لإنفاقها. ولدت فكرة بدء تشغيل كراج وادي السيليكون من جديد حيث أتاحت أجهزة الكمبيوتر الشخصية والأجهزة الطرفية ، مثل الطابعات المكتبية والماسحات الضوئية ، أعمالًا تجارية جديدة ذكية.

أنتجت هذه الحقبة المبكرة من الحوسبة الديمقراطية عشرات الشركات الناشئة الجديدة ، بما في ذلك الشركات التحويلية مثل PayPal و eBay و Amazon و Google - وهي الشركات التي نمت لتصبح من أكثر الشركات نجاحًا وتأثيرًا في تاريخ الشركات التي أعادت تشكيل الطريقة التي نجري بها المعاملات ، شراء البضائع ومشاركة شركات المعلومات التي أعادت تشكيل حياتنا وعالمنا في النهاية.

تمكين البيولوجيا الديمقراطية

مثل التكنولوجيا ، فإن علم الأحياء مليء بالأفكار المثيرة والتحويلية - وليس من الصعب القول بأن هذه الأفكار التحويلية يمكن أن تكون مؤثرة على الأقل. يمكن أن تؤدي إلى تطوير لقاحات حسب الطلب لإنتاج اللحوم من الخلايا الحيوانية دون الحاجة إلى تربية الحيوانات وذبحها. تحويل الانبعاثات أو النفايات الإلكترونية إلى وقود مستدام.

ومع ذلك ، فإن الابتكارات البيولوجية أكثر تعقيدًا بكثير من العمل مع السيليكون ، وتتطلب المزيد من الاختبارات واحتياطات السلامة. هناك تحدٍ لوجستي يجب أن يتصدى له علم الأحياء قبل أن يصبح صناعة أكثر ذكاءً وعالية النمو.
لا يزال البحث والتطوير البيولوجي يعتمد على البنية التحتية التي تشبه إلى حد كبير أجهزة الكمبيوتر بحجم الغرفة أكثر من حوسبة سطح المكتب الديمقراطية التي توفرها أجهزة الكمبيوتر. والكثير من ذلك يحدث في المؤسسات المركزية الكبيرة أو داخل شركات الأدوية الضخمة الممولة تمويلًا جيدًا.

تمكنت هذه الأنواع من المؤسسات من الاستفادة من بعض نقاط التحول الواعدة التي رأيناها مؤخرًا في علم الأحياء - مثل إدخال أدوات تقلل بشكل كبير تكاليف التسلسل وأوقات التشغيل ، أو أدوات CRISPR-Cas9 التي تبسط إلى حد كبير تحرير الجينات. ولكن مثل شركة IBM أثناء صعود الحوسبة الشخصية ، فإن شركات الأدوية وغيرها من المنظمات الكبيرة الراسخة ليست بالضرورة ذكية بما يكفي للاستفادة من الابتكارات عالية المخاطر والمكافآت.

حتى الشركات العلمية التي تعتمد على ريادة الأعمال بشكل أكبر تعتمد على الموردين المركزيين ، الذين غالبًا ما يطلبون عبر البريد بدلاً من الموردين الأكثر مرونة ، أو حتى الموارد الداخلية ، لتصميم وإنشاء منشآت جديدة. يمكن أن يؤدي الاعتماد على مزودي الخدمة المركزيين إلى اختناقات كبيرة وإعاقة قدرة الشركة الناشئة على التكرار بسرعة - وهي سمة أساسية في بيئة ريادية مبتكرة.

تكييف دورة التصميم التكراري - البناء - الاختبار - التعلم

تتكشف نسخة Biology من ثورة حوسبة سطح المكتب حاليًا مع ظهور العديد من الشركات المبتكرة وتقديم أدوات متطورة. بالنظر إلى اتساع وتعقيد علم الأحياء ، قد لا نكون قادرين على النظر إلى أي أداة منفردة والقول إن مغير اللعبة هو الذي أشعل موجة من الابتكار. ومع ذلك ، يمكن لكل من هذه الأدوات أن تحسن بشكل كبير من قدرة علماء الأحياء الرياديين على إجراء البحوث وتكرار التجارب.

ما ينشأ هو مجموعة واسعة من الأدوات التي ستمكّن في النهاية ليس فقط من فهم الأنظمة البيولوجية ولكن أيضًا إعادة برمجة الأنظمة البيولوجية على المستوى الجزيئي. من خلال هذا التحول ، أصبحت البيولوجيا تخصصًا هندسيًا ، حيث يمكن للعلماء تحقيق الابتكار من خلال دورات التصميم - البناء - الاختبار - التعلم (DBTL) المستمرة.

بدأت أجهزة التسلسل من الجيل التالي بالفعل في تقديم أداء على مستوى المختبر ضمن أدوات بحجم الطاولة (والسعر). سهّل هذا التطور القدرة على قراءة الكود المصدري للحياة بسرعة وبتكلفة معقولة ، حتى في مختبر أصغر أو داخل بيئة سريرية في نقطة الرعاية. ستجلب الموجة التالية من الابتكار الأدوات التي تمكن من كتابة أو برمجة كود المصدر - RNA و DNA - وأدوات لبناء أو هندسة المواد التي يشفرها كود المصدر - أوليغنوكليوتيدات اصطناعية ، وجينات ، وبروتينات.

على سبيل المثال ، تقوم Inscripta بتطوير منصة يمكنها إضفاء الطابع الديمقراطي على تحرير مقياس الجينوم للخلايا الفردية ، مما يتيح تحرير مئات الخلايا في وقت واحد ، وتشغيل الجينات وإيقافها بشكل جماعي. يمكن لتقنية Berkeley Lights عزل الخلايا المفردة وقياس سلوكها في ظل ظروف مختلفة. تجعل هذه التقنيات الاكتشافات المختبرية أكثر قابلية للبرمجة ، وتسرع وقت الاكتشاف بشكل كبير وتسمح لأصحاب المشاريع البيولوجية بعمل المزيد بمساحة أقل وعدد أقل من الناس.

قامت DNA Script ، وهي شركة رائدة في تمكين تخليق الحمض النووي عند الطلب ، بتطوير نظام SYNTAX ™ ، وهو طابعة فوق الطاولة يمكنها إنتاج أحماض نووية مخصصة عالية الجودة في غضون ساعات. تم تصميم النظام ، الذي يعتمد على عملية إنزيمية لتخليق الحمض النووي ، لتجنب تعقيد وقيود طرق التخليق الكيميائي التقليدية.

يجلب نظام SYNTAX ™ من DNA Script المزيد من وظائف التصميم البيولوجي الأساسية إلى المنصة: تخليق الحمض النووي. ستمكّن طابعة SYNTAX الباحثين من تصنيع الحمض النووي عند الطلب على أداة بحجم سطح الطاولة ، مما يسمح لهم بالتكرار باستمرار دون تأخير.

إذا قمت بدمج هذه التقنيات والأدوات ، يصبح من الممكن لمختبر واحد أن يمر عبر دورات DBTL الخلوية في بيئة شديدة التحكم وبطريقة مؤتمتة بالكامل. قبل إدخال هذه التقنيات الناشئة ، يحتاج المرء إلى مختبر مؤسسي وفرق من العلماء لإجراء نفس المستوى من العمل. على الرغم من أنك قد لا تكون قادرًا على توليف الحمض النووي في المرآب الخاص بك حتى الآن ، إلا أن بضع سنوات فقط ستمر قبل أن تجد الشركات الناشئة في مجال علوم الحياة أنه من العملي برمجة علم الأحياء باستخدام مختبرات علوم الحياة المتكاملة والمؤتمتة بالكامل.

سيحدث الابتكار في علم الأحياء القابل للبرمجة حقًا عندما تتمكن المختبرات الأكاديمية الموجهة نحو الأعمال والشركات الصغيرة والذكاء - أو حتى علماء "المرآب" - من الفشل غالبًا في طريقهم إلى اكتشافات خارقة. في الوقت الحالي ، تثقل هذه الشركات الحاجة إلى شراء الأدوات الأساسية من الموزعين المركزيين أو الحاجة إلى ملء المختبرات بمعدات باهظة الثمن وفرق من الباحثين في مرحلة ما بعد الدكتوراه لإجراء التجارب. كل هذا الوقت والنفقات الإضافية يمكن أن يمنع بدء التشغيل بمدرج قصير من الطيران. ولكن يجري إضفاء الطابع الديمقراطي على علم الأحياء من خلال إدخال أدوات موزعة ، وبأسعار معقولة ، وسهلة الاستخدام. في النهاية ، ستجلب هذه الأدوات الهندسة الحيوية إلى آفاق جديدة.


سوناتات شكسبير المشفرة في الحمض النووي

يمكنه تخزين المعلومات من مليون قرص مضغوط في مساحة لا تزيد عن إصبعك الصغير ، ويمكن أن يبقيها آمنة لعدة قرون.

هل هذه أداة إلكترونية جديدة؟ لا. إنه & # x27s DNA.

تحتفظ المادة الجينية منذ فترة طويلة بجميع المعلومات اللازمة لصنع النباتات والحيوانات ، والآن يقول بعض العلماء إنها يمكن أن تساعد في تلبية احتياجات التخزين المتزايدة لمجتمع المعلومات اليوم.

أفاد الباحثون يوم الأربعاء أنهم قاموا بتخزين جميع سوناتات شكسبير البالغ عددها 154 ، وصورة ، وورقة علمية ، ومقطع صوتي مدته 26 ثانية من مارتن لوثر كينغ جونيور. كل ذلك يتناسب مع جزء ضئيل من الحمض النووي المرئي في أنبوب اختبار.

قال إيوان بيرني من المعهد الأوروبي للمعلوماتية الحيوية في هينكستون بإنجلترا إن عملية القراءة هذه استغرقت أسبوعين ، لكن التقدم التكنولوجي أدى إلى تراجع ذلك الوقت. هو مؤلف تقرير نشرته مجلة Nature على الإنترنت.

قال الباحثون إن الحمض النووي يمكن أن يكون مفيدًا في الاحتفاظ بكميات هائلة من المعلومات التي يجب الاحتفاظ بها لفترة طويلة ولكن لا يتم استرجاعها كثيرًا. قالوا إن تخزين الحمض النووي سيكون بسيطًا نسبيًا: فقط ضعه في مكان بارد وجاف ومظلم واتركه وشأنه.

مثالي للمحفوظات الكبيرة

قال نيك غولدمان ، مؤلف مشارك في الدراسة ، إن هذه التقنية قد تعمل على المدى القريب بالنسبة للأرشيفات الكبيرة التي يجب أن تظل آمنة لعدة قرون ، مثل السجلات التاريخية الوطنية أو مقتنيات المكتبات الضخمة. قال جولدمان في رسالة بالبريد الإلكتروني ، ربما في غضون عقد من الزمن ، قد يصبح من الممكن للمستهلكين تخزين المعلومات التي يرغبون في الحصول عليها في غضون 50 عامًا ، مثل صور الزفاف أو مقاطع الفيديو لأحفاد المستقبل.

قال سريرام كوسوري ، الباحث في جامعة هارفارد والذي شارك في تأليف تقرير مماثل في سبتمبر الماضي ، إن الورقتين تظهران مزايا الحمض النووي للتخزين طويل الأجل. ولكن نظرًا لقيودها التقنية ، لن تحل & # x27s محل محرك الأقراص الثابتة ، & quot ؛ قال.

قال المؤلف المشارك Kosuri & # x27s ، خبير الحمض النووي بجامعة هارفارد ، جورج تشيرش ، إن التكنولوجيا يمكن أن تسمح لأي شخص بتخزين جميع ويكيبيديا على أطراف أصابعه ، وجميع معلومات العالم المخزنة الآن على محركات الأقراص يمكن وضعها في راحة اليد.


يبدو أن "الرقص التكنولوجي" سيغير مجال تخليق الحمض النووي

تطبيقات تخليق الحمض النووي معترف بها بشدة في العديد من المجالات العلمية بما في ذلك البيولوجيا التركيبية وتطوير المستحضرات الصيدلانية الحيوية والزراعة الحديثة. خلال السنوات الأخيرة ، أصبح من الواضح بشكل متزايد أن هناك فرصًا لا حدود لها تنبع من القدرة على تصنيع الحمض النووي في بيئة معملية.

خذ التخزين المعتمد على الحمض النووي ، على سبيل المثال. يمكن الآن تشفير البيانات الرقمية في تسلسل الحمض النووي للتخزين طويل الأجل ، مما يوفر حلاً محتملاً لأزمة تخزين البيانات في القرن الحادي والعشرين. في مجال اكتشاف الأدوية ، يعمل العلماء على إنشاء أنظمة بيولوجية يمكنها إنتاج الأدوية التي - لسنوات - تم تصنيعها كيميائيًا. تعتمد مثل هذه الابتكارات في علم الأحياء الحديث على تخليق الحمض النووي ، والذي يوجد حاليًا عنق الزجاجة - العملية الكيميائية التقليدية التي تم تبنيها منذ الثمانينيات.

أعلنت شركة Codexis ، وهي شركة رائدة في هندسة البروتين ، وشركة Molecular Assemblies ، وهي شركة رائدة في مجال تخليق الحمض النووي الإنزيمي ، مؤخرًا عن شراكة تهدف من خلالها الشركات إلى هندسة إنزيمات من شأنها تحسين عملية تخليق الحمض النووي الإنزيمي - وهو نهج بديل للحمض النووي الكيميائي نتيجة الجمع بين الطريحة والنقيضة.

تتوقع الكوديكس والجمعيات الجزيئية أن تكون في طليعة "التحول في تخليق الحمض النووي". شبكات التكنولوجيا تحدث مع جون نيكولز ، الرئيس والمدير التنفيذي ، روب ويلسون ، دكتوراه ، نائب الرئيس الأول والمدير العام (إنزيمات الأداء) وآرون هامونز ، المدير الأول (تطوير أعمال إنزيمات علوم الحياة) في Codexis لمعرفة كيفية القيام بذلك.

مولي كامبل (MC): من فضلك ، هل يمكنك مناقشة أهمية تخليق الحمض النووي وتطبيقاته؟

روب ويلسون (RW):
تزداد أهمية تخليق الحمض النووي للحياة الحديثة بمرور العام ، ولا يظهر ذلك أي علامة على التغيير. يستخدم الحمض النووي الاصطناعي في تطبيقات واسعة النطاق مثل اكتشاف الأدوية البيولوجية وتصنيعها ، وتحسين خصائص المحاصيل والعوائد في الزراعة ، والبيولوجيا التركيبية من أجل الإنتاج المستدام للمواد الكيميائية والمواد الجديدة - وبشكل متزايد - تخزين البيانات. لطالما كانت القدرة على صنع تسلسلات طويلة بشكل متزايد أكثر كفاءة ودقة ، لتمكين التخفيض المستمر في التكلفة والتوسع في تطبيق الحمض النووي الاصطناعي ، هدفًا حاسمًا لمجتمع الجينوميات.

MC: ما هو تخليق الحمض النووي الإنزيمي ، وكيف يختلف عن التخليق الكيميائي؟

RW:
أولاً ، من المهم أن نقول إن المنتجات المنقاة لكل من التخليق الأنزيمي والكيميائي هي نفسها: تسلسل الحمض النووي الطبيعي لجميع المقاصد والأغراض ، تمامًا كما تنتج الطبيعة ، تم تصنيعه صناعياً وربما مع التسلسل (أو الكود) المعدل لتناسب الوظيفة المطلوبة. في كلتا العمليتين ، يتم بناء التسلسل بشكل متكرر ، نيوكليوتيد واحد في كل مرة.

يأتي الاختلاف في عملية التصنيع: يستخدم التخليق الكيميائي الكواشف القاسية والمذيبات والعمليات التي قد تكون مألوفة في أي مصنع كيميائي تقريبًا في العالم ، بينما يعتمد التخليق الإنزيمي على متغيرات من الإنزيمات الطبيعية التي تطورت منذ بداية الحياة. على هذا الكوكب ، والتي تعمل بكفاءة في الماء ، في ظل ظروف معتدلة.

MC: ما هي فوائد تخليق الحمض النووي الأنزيمي؟

RW:
بصرف النظر عن الفوائد البيئية الموصوفة أعلاه ، فإن التخليق الأنزيمي هو في الأساس أبسط من البديل الكيميائي ولديه - بشكل حاسم - القدرة على أن يكون أكثر دقة بكثير من النهج الكيميائي ، وبالتالي إدخال أخطاء أقل في الكود. وهذا يجعل إنتاج تسلسلات أطول أمرًا ممكنًا ، دون الحاجة إلى عمليات تنقية أو حلول مرهقة وغير فعالة ومكلفة.

MC: هل يمكنك مناقشة قرار الشراكة مع التجميعات الجزيئية؟

جون نيكولز (JN):
تركز شركتنا بأكملها على رؤية الاحتياجات والوفاء بوعد الإنزيمات المحسنة لتوفير حياة أفضل للبشر والكوكب الذي نعيش فيه. نحن ندرس العديد من فرص الإنزيمات الجديدة المختلفة وفقًا لذلك. لقد قمنا برفع مستوى الإنزيمات الخاصة بتوليف الحمض النووي كجزء من هذا التركيز في أوائل عام 2019 وتأكدنا بشكل متزايد من أنه يمكن تمكين الفوائد الجوهرية من خلال الدستور إنزيمات مُهندَسة لتحسين تصنيع الحمض النووي عالي الجودة.

مع هذه القوة الدافعة للمشاركة في تخليق الحمض النووي ، أجرينا عناية فائقة على مجموعة من الشركات التي تستثمر حاليًا في الأساليب الأنزيمية لتخليق الحمض النووي. برزت الجمعيات الجزيئية في تحليلنا ، نظرًا لملكيتها الفكرية وبراءات الاختراع ، وفريقها العلمي الممتاز داخل الشركة بقيادة المخضرم في تصنيع الحمض النووي بيل إيفكافيتش ومجلس الإدارة المتعاون والتعاون وقاعدة المستثمرين. جعلت هذه القدرات من Molecular Assemblies خيارنا الأفضل لنكون شريكنا الاستراتيجي في تركيب الحمض النووي ، ولذا شرعنا في معرفة ما إذا كان بإمكاننا إبرام صفقة.

من هناك ، تم العمل على تفاصيل التعاون في تطوير التكنولوجيا واتفاقيات شراء الأسهم بسلاسة ، والتحقق من صحة التوافق الثقافي القوي على جميع المستويات بين شركتينا. يتضح هذا التآزر اليوم ، حيث بدأنا أعمال هندسة الإنزيم لدعم الشراكة في مركز Codexis R & ampD في ريدوود سيتي ، كاليفورنيا.

MC: كيف تتوقع تسخير قوة قدرات هندسة البروتين في Codexis باستخدام تقنية تجميع الحمض النووي الأنزيمية القابلة للتطوير التي تقدمها Molecular Assemblies ستسرع من ثورة تخليق الحمض النووي الإنزيمي؟

JN:
ستعمل تقنية هندسة البروتين الخاصة بمنصتنا ، CodeEvolver® ، على قصف كيمياء تجميع النوكليوتيدات المستهدفة بعشرات الآلاف من متغيرات الإنزيمات المختلفة على مدار عمر هذا المشروع. سيواجه التحسين الموازي بين الإنزيمات المهندسة التي تتحسن بسرعة والكيمياء النهائية التي تستخدمها تحديات وتتطور جنبًا إلى جنب.

لن تبدو الإنزيمات التي نضع اللمسات الأخيرة عليها في هذا المشروع كثيرًا مثل تلك التي بدأناها اليوم ، وبالمثل ، سيتعين على كيمياء النوكليوتيدات أن تتحرك بسرعة عبر سلسلة من الاختناقات المتغيرة التي لا تشبه إلى حد ما قيود اليوم. ستحرر نتيجة "الرقص التكنولوجي" للشركات منهجية تخليق الحمض النووي الإنزيمي الحاصلة على براءة اختراع والتي ستكون بأوامر من حيث الحجم أكثر كفاءة من العمليات القائمة على الإنزيم اليوم. إن تجاوز أحدث ما هو موجود اليوم هو المطلوب للتغلب بشكل فعال على الأساليب التركيبية التقليدية للفوسفوراميديت ، وفتح مفاضلات تخليق الحمض النووي التي حددتها الشراكة كأهدافها الأساسية - الحمض النووي الذي يمكن تخليقه بجودة وطول قليل النوكليوتيد لا مثيل لهما.

MC: ما هي أكبر التحديات في تخليق الحمض النووي؟

RW:
تطورت إنزيمات تصنيع الحمض النووي على مدى مئات الملايين من السنين لأداء وظيفتها داخل الخلايا في الكائنات الحية ، بشكل رائع. على هذا النحو ، فهي تعمل في ظل ظروف معقدة حيث تمنع العديد من العمليات التنظيمية حدوث الأخطاء وتمكّن من إضافة النيوكليوتيدات الطبيعية غير المحمية بكفاءة إلى نهاية سلاسل الحمض النووي الجديدة التي يتم إنتاجها. في بيئة التصنيع ، هذه العمليات التنظيمية الخلوية غائبة وتتطلب تحديات تقليل الأخطاء وإدخال نيوكليوتيدات جديدة في التسلسل حلاً مختلفًا.

وهنا يكمن التحدي الأكبر في تخليق الحمض النووي الإنزيمي: جعل الإنزيمات تعمل مع مواد البدء المعدلة المحمية (المعدلة بوظائف كيميائية إضافية) لمنع حدوث الأخطاء. من المحتمل أن يكون الإنزيم الذي يكون نشطًا للغاية وانتقائيًا للنيوكليوتيدات غير المحمية غير نشط بالكامل تقريبًا ضد النيوكليوتيدات المعدلة المطلوبة لأداء الإضافات التدريجية مرة واحدة لتوسيع سلسلة الحمض النووي ، قبل أن تكون مجموعة الحماية إزالتها لفضح النوكليوتيدات الطبيعية مرة أخرى.

هذا هو المكان الذي تكون فيه هندسة البروتين عملية تحويلية - من خلال هندسة الإنزيمات الطبيعية للعمل بشكل جيد على قدم المساواة مع النيوكليوتيدات المعدلة كما فعلت في السابق مع النيوكليوتيدات الطبيعية ، يمكن تمكينها من الأداء ، بكفاءة مناسبة تجاريًا ، في مركب DNA بدلاً من الخلية الحية .

MC: كيف تتخيل أن مجال تخليق الحمض النووي سيبدو في غضون خمس إلى عشر سنوات؟

آرون هامونز (أه)
: في غضون خمس إلى عشر سنوات ، سيكون تركيب الحمض النووي أداة شائعة موجودة في علم الأحياء والزراعة والصيدلة والمنسوجات وحتى في العديد من مختبرات الكمبيوتر والهندسة. سيتمكن الباحثون من طباعة جين مخصص أو حتى جينوم على طاولة المطبخ أو طلب واحد وتسليمه في اليوم التالي.

سيتمكن العلماء من طباعة جينات مخصصة للعلاج الجيني والأدوية الشخصية ، وسيتمكن خبراء الأرشيف من تخزين البيانات بتنسيق يمكن أن يظل ثابتًا وقابل للقراءة لآلاف السنين ، وسيقوم المهندسون بتصميم وإنشاء بكتيريا وفيروسات مخصصة لتصنيعها أو بنائها أو تسليمها. المواد الحيوية المستدامة. سيتم تقليل الحواجز التي تحول دون دخول الأبحاث المعتمدة على الحمض النووي من خلال تحسين التكلفة والسرعة والدقة وتوافر الحمض النووي ، مما يسمح بالتبني السريع لتقنية متخصصة حاليًا. سيؤدي هذا التبني الغزير إلى انفجار يشبه الكمبري في مجالات البحث والتطبيقات الصناعية التي ستمكن من التحول إلى مستقبل أكثر استدامة يحركه علم الأحياء.

كان جون نيكولز وروب ويلسون وآرون هامونز يتحدثون إلى مولي كامبل ، كاتبة العلوم لشبكات التكنولوجيا.


أرشيف مكتوب في DNA

بحث جديد يسجل رقما قياسيا عالميا في حجم البيانات المخزنة في الحمض النووي والمسترجعة منه.

إن كمية البيانات التي يتم إنشاؤها عبر العلوم وما وراءها آخذة في الانفجار. في الفيزياء ، على سبيل المثال ، أنتج مركز أبحاث واحد ، وهو المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية (CERN) ، أكثر من 100 بيتابايت من البيانات التي يجب تخزينها للأجيال القادمة من العلماء. لكن الوسائط القياسية لأرشفة البيانات ، مثل الأقراص الضوئية ومحركات الأقراص الصلبة والأشرطة المغناطيسية ، لها عمر بضع سنوات فقط. في إطار البحث عن تقنيات تخزين بيانات أفضل ، ظهر الحمض النووي - الجزيء الذي يقوم بترميز المعلومات البيولوجية مع طول العمر الرائع وكثافة المعلومات الهائلة - كوسيط تخزين واعد. الكتابة في هذا العدد ، أورجانيك وآخرون. 1 يعالج المخاوف بشأن ما إذا كان يمكن توسيع نطاق التخزين القائم على الحمض النووي إلى كميات كبيرة من البيانات. يستخدمون بروتوكولهم المطور حديثًا لتخزين أكثر من 200 ميغا بايت من المعلومات الرقمية في الحمض النووي ، واسترداد البيانات دون أخطاء. إن حجم تخزين واسترجاع معلومات الحمض النووي غير مسبوق ، مما يدعم الاقتراحات بأن الحمض النووي قد يوفر بديلاً موثوقًا ومضغوطًا لأرشفة بيانات العالم.


هل يمكن تخزين جميع صورك الرقمية على هيئة حمض نووي؟

يوجد على الأرض الآن حوالي 10 تريليون غيغابايت من البيانات الرقمية ، وكل يوم ، ينتج البشر رسائل بريد إلكتروني وصور وتغريدات وملفات رقمية أخرى تضيف ما يصل إلى 2.5 مليون غيغابايت أخرى من البيانات. يتم تخزين الكثير من هذه البيانات في منشآت هائلة تُعرف باسم مراكز بيانات إكسابايت (إكسابايت هو 1 مليار غيغابايت) ، والتي يمكن أن تكون بحجم العديد من ملاعب كرة القدم وتتكلف حوالي مليار دولار للبناء والصيانة.

يعتقد العديد من العلماء أن الحل البديل يكمن في الجزيء الذي يحتوي على معلوماتنا الجينية: الحمض النووي ، والذي تطور لتخزين كميات هائلة من المعلومات بكثافة عالية جدًا. يقول مارك باثي ، أستاذ الهندسة البيولوجية في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، إن كوب قهوة مليء بالحمض النووي يمكنه نظريًا تخزين جميع بيانات العالم.

يقول باثي ، وهو أيضًا عضو مشارك في معهد برود في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وجامعة هارفارد: "نحتاج إلى حلول جديدة لتخزين هذه الكميات الهائلة من البيانات التي يقوم العالم بتجميعها ، وخاصة البيانات الأرشيفية"."الحمض النووي أكثر كثافة بألف مرة من ذاكرة الفلاش ، وخاصية أخرى مثيرة للاهتمام هي أنه بمجرد أن تصنع بوليمر الحمض النووي ، فإنه لا يستهلك أي طاقة. يمكنك كتابة الحمض النووي ثم تخزينه إلى الأبد."

لقد أثبت العلماء بالفعل أنه يمكنهم ترميز الصور وصفحات النص على أنها DNA. ومع ذلك ، ستكون هناك حاجة أيضًا إلى طريقة سهلة لانتقاء الملف المطلوب من خليط من قطع عديدة من الحمض النووي. أظهر باثي وزملاؤه الآن طريقة واحدة للقيام بذلك ، من خلال تغليف كل ملف بيانات في جسيم من السيليكا سعته 6 ميكرومتر ، والذي تم تمييزه بتسلسلات قصيرة من الحمض النووي تكشف عن المحتويات.

باستخدام هذا النهج ، أظهر الباحثون أنه يمكنهم بدقة سحب الصور الفردية المخزنة كتسلسلات الحمض النووي من مجموعة من 20 صورة. نظرًا لعدد التسميات المحتملة التي يمكن استخدامها ، يمكن أن يصل حجم هذا الأسلوب إلى 1020 ملفًا.

باثي هو المؤلف الرئيسي للدراسة ، التي تظهر اليوم في مواد الطبيعة. المؤلفون الرئيسيون لهذه الورقة هم جيمس بانال ، باحث ما بعد الدكتوراة في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، تايسون شيبرد ، زميل أبحاث معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، وجوزيف بيرليانت ، طالب الدراسات العليا في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.

تخزين مستقر

تقوم أنظمة التخزين الرقمية بترميز النص أو الصور أو أي نوع آخر من المعلومات على شكل سلسلة من 0 و 1. يمكن تشفير هذه المعلومات نفسها في الحمض النووي باستخدام النيوكليوتيدات الأربعة التي تشكل الشفرة الجينية: A و T و G و C. على سبيل المثال ، يمكن استخدام G و C لتمثيل 0 بينما يمثل A و T 1.

يحتوي الحمض النووي على العديد من الميزات الأخرى التي تجعله مرغوبًا كوسيط تخزين: إنه مستقر للغاية ، ومن السهل إلى حد ما (ولكنه مكلف) التركيب والتسلسل. أيضًا ، بسبب كثافته العالية - كل نوكليوتيد ، أي ما يعادل بتتين ، يساوي حوالي 1 نانومتر مكعب - إكسابايت من البيانات المخزنة على شكل حمض نووي يمكن وضعها في راحة يدك.

تتمثل إحدى العقبات التي تعترض هذا النوع من تخزين البيانات في تكلفة تصنيع مثل هذه الكميات الكبيرة من الحمض النووي. في الوقت الحالي ، تبلغ تكلفة كتابة بيتابايت واحد من البيانات (مليون جيجابايت) تريليون دولار. لكي تصبح منافسًا للشريط المغناطيسي ، والذي غالبًا ما يستخدم لتخزين البيانات الأرشيفية ، يقدر باثي أن تكلفة تخليق الحمض النووي ستحتاج إلى الانخفاض بنحو ستة أوامر من حيث الحجم. يقول باثي إنه يتوقع أن يحدث ذلك في غضون عقد أو عقدين ، على غرار الطريقة التي انخفضت بها تكلفة تخزين المعلومات على محركات أقراص فلاش بشكل كبير خلال العقدين الماضيين.

بصرف النظر عن التكلفة ، فإن العقبة الرئيسية الأخرى في استخدام الحمض النووي لتخزين البيانات هي صعوبة انتقاء الملف الذي تريده من جميع الملفات الأخرى.

"بافتراض أن تقنيات كتابة الحمض النووي تصل إلى نقطة يكون فيها من المفيد من حيث التكلفة كتابة إكسابايت أو زيتابايت من البيانات في الحمض النووي ، فماذا بعد ذلك؟ سيكون لديك كومة من الحمض النووي ، وهي عبارة عن ملفات غازيليون أو صور أو الأفلام والأشياء الأخرى ، وتحتاج إلى العثور على الصورة أو الفيلم الذي تبحث عنه ". "إنها مثل محاولة العثور على إبرة في كومة قش."

حاليًا ، يتم استرداد ملفات الحمض النووي بشكل تقليدي باستخدام PCR (تفاعل البلمرة المتسلسل). يتضمن كل ملف بيانات DNA تسلسلاً يرتبط ببادئ PCR معين. لسحب ملف معين ، يتم إضافة هذا التمهيدي إلى العينة للعثور على التسلسل المطلوب وتضخيمه. ومع ذلك ، فإن أحد العوائق في هذا النهج هو أنه يمكن أن يكون هناك حديث متبادل بين التمهيدي وتسلسل الحمض النووي خارج الهدف ، مما يؤدي إلى سحب الملفات غير المرغوب فيها. أيضًا ، تتطلب عملية استرجاع تفاعل البوليميراز المتسلسل إنزيمات وينتهي الأمر باستهلاك معظم الحمض النووي الموجود في البركة.

يقول باثي: "إنك نوعًا ما تحرق كومة القش للعثور على الإبرة ، لأن كل الحمض النووي الآخر لا يتم تضخيمه وأنت تقوم برميها بعيدًا".

استرجاع الملف

كنهج بديل ، طور فريق MIT تقنية استرجاع جديدة تتضمن تغليف كل ملف DNA في جسيم سيليكا صغير. تتم تسمية كل كبسولة بـ "رموز شريطية" للحمض النووي أحادية السلسلة تتوافق مع محتويات الملف. لإثبات هذا النهج بطريقة فعالة من حيث التكلفة ، قام الباحثون بترميز 20 صورة مختلفة إلى قطع من الحمض النووي يبلغ طولها حوالي 3000 نيوكليوتيد ، وهو ما يعادل حوالي 100 بايت. (أظهروا أيضًا أن الكبسولات يمكن أن تلائم ملفات الحمض النووي التي يصل حجمها إلى غيغابايت).

تم تصنيف كل ملف باستخدام رموز شريطية مقابلة لتسميات مثل "قطة" أو "طائرة". عندما يريد الباحثون سحب صورة معينة ، فإنهم يزيلون عينة من الحمض النووي ويضيفون مواد أولية تتوافق مع الملصقات التي يبحثون عنها - على سبيل المثال ، "قطة" و "برتقالي" و "بري" للحصول على صورة نمر ، أو "قطة" ، "برتقالية" ، و "منزلية" لقط منزل.

يتم تمييز المواد الأولية بجزيئات فلورية أو مغناطيسية ، مما يجعل من السهل سحبها وتحديد أي تطابق من العينة. يسمح ذلك بإزالة الملف المطلوب مع ترك باقي الحمض النووي سليمًا لإعادته إلى التخزين. تسمح عملية الاسترجاع الخاصة بهم بتصريحات المنطق المنطقي مثل "الرئيس والقرن الثامن عشر" لتوليد جورج واشنطن نتيجة لذلك ، على غرار ما يتم استرداده باستخدام بحث الصور في Google.

"في الحالة الحالية لإثبات المفهوم لدينا ، نحن بمعدل بحث يبلغ 1 كيلوبايت في الثانية. يتم تحديد معدل بحث نظام الملفات لدينا من خلال حجم البيانات لكل كبسولة ، والذي يقتصر حاليًا على التكلفة الباهظة للكتابة 100 ميغا بايت من البيانات عن الحمض النووي ، وعدد الفرز التي يمكننا استخدامها بالتوازي. إذا أصبح تخليق الحمض النووي رخيصًا بدرجة كافية ، فسنكون قادرين على تعظيم حجم البيانات التي يمكننا تخزينها لكل ملف من خلال نهجنا ، "يقول بانال.

بالنسبة للرموز الشريطية الخاصة بهم ، استخدم الباحثون تسلسل الحمض النووي أحادي السلسلة من مكتبة تضم 100000 تسلسل ، يبلغ طول كل منها حوالي 25 نيوكليوتيدًا ، طورها ستيفن إليج ، أستاذ علم الوراثة والطب في كلية الطب بجامعة هارفارد. إذا وضعت اثنتين من هذه التسميات في كل ملف ، فيمكنك تسمية 1010 (10 مليارات) ملفًا مختلفًا بشكل فريد ، وبوجود أربعة تسميات على كل منها ، يمكنك تسمية 1020 ملفًا بشكل فريد.

يتصور باثي أن هذا النوع من تغليف الحمض النووي يمكن أن يكون مفيدًا لتخزين البيانات "الباردة" ، أي البيانات التي يتم حفظها في أرشيف ولا يتم الوصول إليها كثيرًا. يقوم مختبره بتدوير شركة ناشئة ، Cache DNA ، التي تعمل الآن على تطوير تقنية لتخزين الحمض النووي على المدى الطويل ، سواء لتخزين بيانات الحمض النووي على المدى الطويل ، أو العينات السريرية وغيرها من عينات الحمض النووي الموجودة مسبقًا على المدى القريب.

"بينما قد يستغرق الأمر بعض الوقت قبل أن يصبح الحمض النووي قابلاً للتطبيق كوسيط لتخزين البيانات ، إلا أن هناك بالفعل حاجة ملحة اليوم لحلول تخزين ضخمة منخفضة التكلفة لعينات الحمض النووي والحمض النووي الريبي الموجودة مسبقًا من اختبار Covid-19 والتسلسل الجيني البشري وغير ذلك من مجالات علم الجينوم "، يقول باتي.


تبدأ الحركة

قد يكون العلم الكامن وراء تخليق الحمض النووي التجاري متقدمًا ، لكن طلب الجين الاصطناعي عبر الإنترنت أمر بسيط تمامًا. ينتقل عميل - على سبيل المثال ، عالم أبحاث جامعي - إلى موقع الويب الخاص بالمورد ، ويدخل تسلسل الجين المطلوب ، ويقدم معلومات الدفع ، مثل رقم بطاقة الائتمان. تقوم الشركة بعد ذلك بتجميع الخيط المطلوب من الحمض النووي. بعد التحقق من صحة التسلسل الجيني ، تقوم الشركة بإدخاله في حلقة من الحمض النووي (تسمى ناقل التعبير) يمكن استنساخها في البكتيريا لإنتاج عدد كبير من النسخ. أخيرًا ، يتم شحن الطلب إلى العميل عن طريق البريد السريع.

يتركز القلق بالطبع على ما سيفعله المتلقي بالجين الاصطناعي. في وقت مبكر ، أدرك عدد قليل من الموردين طبيعة الاستخدام المزدوج لمنتجهم وبدأوا في تطوير تدابير طوعية للأمن البيولوجي للحد من خطر قيام المجرمين أو الإرهابيين بطلب تسلسل الحمض النووي الخطير عبر الإنترنت. كانت Blue Heron Biotechnology ، التي تأسست عام 2001 في بوثيل بواشنطن ، من أوائل من نفذ مثل هذه الإجراءات. في البداية ، اعتمدت الشركة حصريًا على فحص العملاء للتحقق من نواياهم الحسنة ، ولكن في أعقاب هجمات 11 سبتمبر وهجمات رسائل الجمرة الخبيثة ، قامت بنشر خط دفاع ثانٍ: فحص أوامر تخليق الحمض النووي.

كجزء من هذا الجهد ، وافق Blue Heron على أن يكون بمثابة اختبار لحزمة برامج تسمى Blackwatch ، تم تطويرها في Craic Computing في سياتل. تستخدم Blackwatch مجموعة قياسية من الخوارزميات لمقارنة أوامر التوليف الواردة بقاعدة بيانات لتسلسل الحمض النووي لمسببات الأمراض المعروفة: الفيروسات والبكتيريا التي تسبب الأمراض المعدية. إذا كان أحد الطلبات يتطابق بشكل وثيق مع تسلسل جيني في قاعدة البيانات ، يقوم البرنامج بوضع علامة عليه كـ "نتيجة". عندما يحدث ذلك ، يقوم خبير بشري موظف من قبل الشركة بتقييم المخاطر الأمنية المرتبطة بالتسلسل الذي تم وضع علامة عليه ، والتحقق من هوية العميل ، والتحقق من أن الاستخدام النهائي المقصود شرعي ، والتأكد من معالجة جميع مخاوف السلامة البيولوجية والأمن البيولوجي.

حتى الآن ، اكتشف نظام الفحص التابع لشركة Blue Heron عددًا كبيرًا من التسلسلات المسببة للأمراض ، ولكن مراجعة المتابعة من قبل خبراء بشريين لم تحدد بعد أي عميل لديه نية خبيثة. بدلاً من ذلك ، تضمنت جميع طلبات الجينات المسببة للأمراض تقريبًا تطوير لقاحات جديدة أو بحث أساسي في الآليات الجزيئية للأمراض المعدية. في يوليو 2009 ، على سبيل المثال ، تلقت الشركة طلبًا من مختبر حكومي ياباني للحصول على 30٪ من جينوم فيروس Lujo ، وهو فيروس حمى نزفي تم اكتشافه في زامبيا في سبتمبر 2008 ثم تم تسلسله في الولايات المتحدة. طلب المختبر في اليابان ترميز جينين للبروتينات في الغلاف الفيروسي ، على الأرجح لتطوير اللقاح. بعد مراجعة متأنية ، قرر Blue Heron أن الأمر شرعي وشرع في ملئه.

تعمل Craic Computing الآن على تطوير نسخة محسنة من برنامج Blackwatch ، تحت عنوان العمل Safeguard. من المتوقع أن يكون هذا الإصدار الجديد أفضل في اكتشاف تسلسل الحمض النووي المتعلقة بالإمراضية ، مثل ترميز الجينات لعوامل الفوعة (السمات التي تزيد من قدرة البكتيريا أو الفيروسات على إحداث المرض) أو السموم (المواد السامة التي تنتجها البكتيريا والكائنات الحية الأخرى ). الهدف من الفحص المحسن هو تقليل عدد الضربات الإيجابية الزائفة الناتجة عن وجود "جينات التدبير المنزلي" الشائعة في كل من الميكروبات المسببة للأمراض وغير المسببة للأمراض.

بحلول منتصف العقد الأول من القرن الحادي والعشرين ، بدأ العديد من موردي الحمض النووي الاصطناعي في الولايات المتحدة وأوروبا في فحص طلبات التسلسل طواعية ، لكن المنهجية اختلفت من شركة إلى أخرى ، وقاوم عدد قليل من الشركات الفحص تمامًا. خلال صيف عام 2006 ، في محاولة لتنسيق ممارسات الأمن الحيوي غير المتسقة المستخدمة في جميع أنحاء الصناعة ، قامت شركة Blue Heron Biotechnology وست شركات أخرى رائدة في مجال تصنيع الجينات في الولايات المتحدة وأوروبا (GENEART ، Codon Devices ، Coda Genomics ، BaseClear ، Bioneer ، و Integrated DNA Technologies) الاتحاد الدولي لتخليق البولينوكليوتيد لتعزيز السلامة والأمن في مجال البيولوجيا التركيبية الناشئ. عملت الشركات المشاركة عن كثب مع المسؤولين في مكتب التحقيقات الفدرالي في مشروع تجريبي يسمى مبادرة تريبواير البيولوجيا التركيبية. في أكتوبر 2007 ، بلغ هذا التعاون ذروته في آلية يمكن للشركات من خلالها إبلاغ أوامر التخليق الجيني المشبوهة إلى مكتب التحقيقات الفيدرالي. ومع ذلك ، نظرًا لأن اتحاد الصناعة اعتمد على العمل التطوعي ، فقد أصبح غير نشط بشكل تدريجي.

وفي الوقت نفسه ، في أبريل 2007 ، شكلت مجموعة من خمس شركات ألمانية (ATG: biosynthetics و Biomax Informatics و Entelechon و febit Holding و Sloning BioTechnology) اتحادًا آخر يسمى الرابطة الدولية للبيولوجيا الاصطناعية (IASB). بعد ذلك بعام ، عقد المجلس الدولي لمعايير المحاسبة ورشة عمل صناعية في ميونيخ ناقش خلالها كبار خبراء التخليق الجيني من أوروبا والولايات المتحدة إنشاء مدونة سلوك موحدة لفحص العملاء وأوامر التخليق الجيني ، استنادًا إلى أفضل الممارسات المستخدمة بالفعل من قبل العديد. شركات. اتفق أعضاء المجلس الدولي لمعايير المحاسبة على أن الأمن البيولوجي ليس مجالًا للمنافسة وتعهدوا بتقاسم الموارد لتطوير نظام فحص يفيدهم جميعًا ، مع خلق تكافؤ الفرص. بحلول منتصف عام 2008 ، كانوا قد أعدوا ووزعوا مسودة "مدونة السلوك لأفضل الممارسات في التركيب الجيني" للتعليق عليها.

ومع ذلك ، في منتصف عام 2009 ، ظهر انقسام داخل الصناعة حول دور الخبراء البشريين في عملية الفرز. اقترح أكبر مزودين للجينات الاصطناعية - DNA 2.0 ، ومقرها في كاليفورنيا ، و GENEART ، ومقرها في ألمانيا - استبدال الخبراء البشريين بنظام آلي من شأنه فحص جميع أوامر التخليق الجيني مقابل قائمة محددة مسبقًا من التسلسلات المتعلقة بالفوعة التي من شأنها يتم تحديثها بشكل متكرر. جادل المدافعون عن هذا النهج بأنه سيكون سريعًا ورخيص التنفيذ ، دون الحاجة إلى دفع أموال للخبراء البشريين لتحديد وظيفة التطابقات المتقاربة. لكن اقتراح DNA2.0 / GENEART واجه مقاومة كبيرة لأنه كان أقل قدرة من طرق الفحص الحالية ، وبحلول سبتمبر 2009 تراجع مؤيدوه. ومع ذلك ، واصلت الشركتان السعي للحصول على بديل لمشروع مدونة قواعد سلوك مجلس معايير المحاسبة الدولية (IASB) من خلال عقد سلسلة من الاجتماعات السرية مع مقدمي خدمات التخليق الجيني الكبار الآخرين.

استمرت الأحداث على قدم وساق. في نوفمبر 2009 ، عقد مجلس معايير المحاسبة الدولية (IASB) ورشة عمل صناعية ثانية في كامبريدج ، ماساتشوستس ، لوضع اللمسات الأخيرة على مدونة قواعد السلوك الخاصة به. توصلت الشركات في ورشة العمل إلى توافق في الآراء بشأن مجموعة أساسية من الإرشادات لفحص العملاء وأوامر التخليق الجيني ، لكنهم فوضوا تفاصيل العملية إلى فريق الخبراء التقنيين المعني بالأمن الحيوي ، الذي سيتم إنشاؤه في وقت لاحق. صدق جميع الأعضاء الخمسة في مجلس معايير المحاسبة الدولية على الفور على مدونة قواعد السلوك ، وبعد فترة وجيزة ، تبنتها أيضًا أول شركة غير تابعة لمجلس معايير المحاسبة الدولية ، وهي Generay Biotech في شنغهاي ، الصين. لكن الشركات الرائدة الأخرى ، بما في ذلك Blue Heron Biotechnology و GENEART ، رفضت التوقيع على رمز مجلس معايير المحاسبة الدولية (IASB) لأنها اعترضت على وضع القرارات الفنية الرئيسية في أيدي مجموعة من الخبراء لم تكن مسؤولة بشكل مباشر أمام الشركات المشاركة.

بموجب نظام IASB ، ستحصل الشركات التي تتبنى مدونة قواعد السلوك وتلتزم بها على "ختم الموافقة" الذي يمكنها عرضه على مواقع الويب الخاصة بها واستخدامها في المواد الترويجية. تم تصميم الختم لمنح هذه الشركات ميزة تنافسية من خلال تحديدها كموردين ذوي سمعة طيبة. نظرًا لأنه من غير المحتمل أن يقبل العملاء ذوو الحجم الكبير مثل شركات الأدوية الكبرى ختم مجلس معايير المحاسبة الدولية (IASB) بالقيمة الاسمية ، تخطط الجمعية للمصادقة على الموردين المشاركين على أساس سنوي وتقديم الشكاوى حول عدم الامتثال المزعوم. ولهذه الغاية ، يدرس المجلس الدولي لمعايير المحاسبة استراتيجية "الفريق الأحمر" التي يرسل فيها إلى الشركات أوامر توليف جيني مزيفة تحتوي على تسلسلات مسببة للأمراض من أجل التحقق من أنها تقوم بالفحص بشكل فعال. يمكن أيضًا للجمعيات العلمية الكبيرة والعملاء الرئيسيين تعزيز المعيار من خلال رفض شراء الحمض النووي الاصطناعي من الشركات التي لا تقوم بالفحص.

لاستكمال مدونة قواعد السلوك الخاصة به ، يعد مجلس معايير المحاسبة الدولية (IASB) قاعدة بيانات مستندة إلى الويب يتم التحكم فيها بكلمة مرور تسمى مستودع معلومات عامل الضراوة أو VIREP. ستقوم قاعدة البيانات هذه "بتوضيح" جينات مسببات الأمراض الفيروسية والبكتيرية وفقًا للوظيفة البيولوجية ، مثل البروتينات التي تشفرها ، مما يساعد الفاحصين البشريين على التمييز بين الجينات غير الضارة وتلك التي تشكل خطرًا على الأمن البيولوجي. سيتمكن القائمون على الفحص أيضًا من إيداع معلومات حول عوامل الفوعة المكتشفة حديثًا في VIREP ، مما يوفر على أولئك الذين لديهم إمكانية الوصول إلى قاعدة البيانات عناء التحقيق المتكرر في نفس التسلسلات. نتيجة لذلك ، سيصبح فحص الأمن البيولوجي عملية ديناميكية يتم تنقيحها بمرور الوقت حيث يتم تحديد الجينات الإضافية المرتبطة بالإمراضية.


الحواشي

أ. & thinsp تحتفظ وزارة التجارة بروابط موحدة للعديد من هذه القوائم على موقع الويب التالي: http://www.bis.doc.gov/​complianceandenforcement/​liststocheck.htm. بالإضافة إلى ذلك ، يتضمن & ldquoEAR Marketplace & rdquo أيضًا روابط موحدة للقوائم: https://bxa.ntis.gov/​prohib.html.

1. & ثم يجب تقييم عمليات نقل dsDNA الاصطناعية للتأكد من مطابقتها مع SAR و EAR حتى عند التعامل مع المختبرات المتعاونة.

2. & thinsp تعد عناصر CCL الموجودة في قوائم التحكم المشتركة لمجموعة أستراليا ذات صلة بجميع أعضاء مجموعة أستراليا (انظر http://www.australiagroup.net/​en/​index.html).

3. & thinsp الرجاء انظر http://www.selectagents.gov للوصول إلى أحدث قوائم Select Agents و Toxins.

4. & thinsp الزيارة http://www.access.gpo.gov/​bis/​ear/​ear_​data.html للوصول إلى أحدث قائمة مراقبة التجارة ومراجعة لوائح إدارة التصدير. يتم اشتقاق مسببات الأمراض الموجودة في قائمة التحكم في التجارة من قوائم Select Agents and Toxins وقوائم التحكم في مسببات الأمراض الثلاثة لمجموعة أستراليا. كعضو في مجموعة أستراليا ، التزمت الولايات المتحدة بمراقبة صادرات مسببات الأمراض وعناصرها الجينية في هذه القوائم.

5. & thinsp موقع ويب سجل وكيل تحديد الوكيل الوطني CDC / APHIS (http://www.selectagents.gov) يحتوي على وثيقة إرشادية بعنوان & ldquo قابلية تطبيق لوائح الوكيل المختار على قضايا الجينوم التركيبي & rdquo لمساعدة مقدمي الخدمات في تحديد مواد Select Agent المشتقة صناعياً والتي تندرج تحت اللوائح الحالية. يتضمن تنظيم العوامل المحددة والسموم حاليًا (1) الأحماض النووية التي يمكن أن تنتج أشكالًا معدية من أي فيروسات Select Agent و (2) الأحماض النووية المؤتلفة التي تشفر الشكل (الأشكال) الوظيفية لأي من السموم المنظمة إذا كانت الأحماض النووية : (1) يمكن التعبير عنها في الجسم الحي أو في المختبر ، أو (2) تكون في ناقل أو جينوم مضيف مؤتلف ويمكن التعبير عنه في الجسم الحي أو في المختبر.

6. & thinsp انظر الفئة 1 ، ECCN 1C353 من CCL المتاحة على http://www.bis.doc.gov.

7. & thinsp ينطبق قانون التقادم لمدة ثماني سنوات في القسم 3286 على الجريمة المحددة في الباب 18 ، القسم 175 (ب) (حيازة عوامل بيولوجية بدون مبرر معقول).

8. & thinspA تم إصدار قائمة بالعوامل البيولوجية والسموم التي تؤثر على البشر بواسطة HHS / CDC (HHS Select Agents and Toxins، 42 CFR 73.3). تم إصدار قائمة بالعوامل البيولوجية التي تؤثر على الحيوانات والمنتجات الحيوانية من قبل وزارة الزراعة الأمريكية / هيئة الصحة بدبي / الخدمات البيطرية (USDA Select Agents and Toxins، 9 CFR 121.3). تم إصدار قائمة بالعوامل التي تؤثر على النباتات والمنتجات النباتية من قبل وزارة الزراعة الأمريكية / هيئة الصحة بدبي / حماية النبات والحجر الصحي (وزارة الزراعة الأمريكية وكلاء والسموم ، 7 CFR 331.3). بالإضافة إلى ذلك ، أصدرت HHS و USDA قائمة بالعوامل & ldquooverlap & rdquo التي تؤثر على كل من البشر والحيوانات (42 CFR 73.4 و 9 CFR 121.4).

9. & thinsp يمكن العثور على تعريفات المصطلحات ذات الصلة بالصادرات في الجزء 772 من EAR. الجزء 734 (15 CFR الفصل السابع ، الفصل الفرعي C) يصف نطاق EAR ويشرح بعض المصطلحات والمبادئ الرئيسية المستخدمة في EAR. تخضع أحكام EAR للتغيير ، حيث يتم تحديثها بانتظام وفقًا للاتفاقيات متعددة الأطراف.

10. & thinsp يمكن الوصول إلى معلومات حول السلالات الموهنة التي لا تخضع لمتطلبات 42 CFR الجزء 73 و 9 CFR الجزء 121 و 7 CFR الجزء 331 على http://www.selectagents.gov/​Exclusion.html.

11.& thinsp كسابقة قانونية لطلب معلومات حول الاستخدام النهائي المقترح ، يجب أن يكون مقدمو الخدمة والعملاء على دراية بعنوان قانون الولايات المتحدة 18 القسم 175 (ب) ، والذي ينص جزئيًا على أنه & ldquo ؛ أي شخص يمتلك عن قصد أي عامل بيولوجي أو سم أو نظام توصيل من نوع أو بكمية ، في ظل هذه الظروف ، غير مبررة بشكل معقول من خلال بحث وقائي أو وقائي أو بحسن نية أو أي غرض سلمي آخر ، يجب تغريمه بموجب هذا العنوان ، أو السجن لمدة لا تزيد عن 10 سنوات ، أو كليهما. & rdquo

13. & thinsp يتم طباعة الإعلانات الخاصة بقرارات العقوبات هذه في السجل الفدرالي ويتم الاحتفاظ بها على موقع الويب الخاص بوزارة الخارجية (http://www.state.gov/​t/​isn/​c15231.htm).

17. & thinsp تم العثور على قائمة الكيانات في الملحق رقم 4 إلى الجزء 744 من EAR ويمكن العثور عليها على موقع الويب http://www.bis.doc.gov/​entities/​default.htm. يتم تحديثه بشكل دوري.

20. & thinsp الرجاء انظر http://www.selectagents.gov للوصول إلى أحدث قوائم Select Agents و Toxins. موقع تسجيل CDC / APHIS الوطني لتسجيل الوكيل على الويب (http://www.selectagents.gov) يحتوي على وثيقة إرشادية بعنوان & ldquo قابلية تطبيق لوائح الوكيل المختار على قضايا الجينوم التركيبي & rdquo لمساعدة مقدمي الخدمات في تحديد مواد Select Agent المشتقة صناعياً والتي تندرج تحت اللوائح الحالية.

22. وما يلي: تتم طباعة الإعلانات الخاصة بقرارات العقوبات هذه في السجل الفدرالي ويتم الاحتفاظ بها على موقع الويب الخاص بوزارة الخارجية (http://www.state.gov/​t/​isn/​c15231.htm).

23. & thinsp الزيارة http://www.access.gpo.gov/​bis/​ear/​ear_​data.html للوصول إلى أحدث قائمة مراقبة التجارة ومراجعة لوائح إدارة التصدير.

26. & thinsp تم العثور على قائمة الكيانات في الملحق رقم 4 إلى الجزء 744 من EAR ويمكن العثور عليها على الموقع الإلكتروني http://www.bis.doc.gov/​entities/​default.htm. يتم تحديثه بشكل دوري.

28. & thinspSection 3286 يحدد أنه لا يجوز مقاضاة أي شخص أو محاكمته أو معاقبته على أي جريمة غير عابرة تنطوي على انتهاكات معينة ما لم يتم العثور على لائحة الاتهام أو تقديم المعلومات في غضون 8 سنوات بعد ارتكاب الجريمة. ينطبق قانون التقادم هذا على الباب 18 ، القسم 175 (ب) (حيازة العوامل البيولوجية دون مبرر معقول).


شاهد الفيديو: عراقي أجرى تحليل الـ DNA لمعرفة تاريخ عائلته. والنتيجة مفاجأة! (ديسمبر 2022).