הפתוגן הקטלני הבא יכול להגיע ממדען נוכל. הנה איך נוכל למנוע זאת.
סינתזת DNA מניעה חידושים בביולוגיה. אבל פערים במנגנוני ההקרנה מסתכנים בשחרור של פתוגנים קטלניים.
הסיפור הזה הוא חלק מקבוצת סיפורים שנקראת 
למצוא את הדרכים הטובות ביותר לעשות טוב.
בשנים האחרונות, משהו חדש הפך לאפשרי בביולוגיה: הדפסת DNA בזול להחדרה לתא.
זה אומר שמדען שזקוק לרצף DNA מסוים כדי, למשל, ליצור חיידקים חדשים למחקר יכול כעת להזמין את רצף ה-DNA הזה ממעבדה. זה אולי נראה כמו טכנולוגיית נישה - כמה ביולוגים צריכים להדפיס בהתאמה אישית את ה-DNA שלהם? - אבל סינתזה והרכבה של DNA (כפי שנקרא תהליך ההדפסה) הם למעשה שימושיים למגוון מדהים של שימושים מחקריים, ויכולות להיות להם השלכות מרחיקות לכת על איך אנחנו חיים. במעבדות ברחבי העולם, טונות של מחקר ביולוגיה בעל ערך קריטי מתקדם הודות לסינתזת ה-DNA, ונראה שהדברים ישתפרו עוד יותר ככל שסינתזת ה-DNA תהיה זולה עוד יותר.
אבל כפי שקורה לעתים קרובות כאשר תחום מדעי משתפר בהרבה במה שהוא עושה מהר מאוד, ההתקדמות בסינתזת ה-DNA הייתה כה מהירה שהתיאום מול שחקנים רעים פיגר. כאדם פרטי, אני יכול לשלוח רצף DNA שהייתי רוצה מסונתז לעשרות מעבדות ברחבי העולם שיכולות להדפיס אותו ולשלוח אותו אלי.
אבל מה אם אבקש מהם להדפיס עבורי הקוד הגנטי של השפעת שגרמה לשפעת של 1918 שהרגה מיליוני אנשים? מה אם אשלח להם את ההוראות לגבי מחלה חדשה שיש לי סיבה להאמין שהיא מסוכנת? מה אם הייתי עושה מחקר לגיטימי, אבל המעבדה שלי לא עמדה בתקני בטיחות מודרניים?
התשובה היא שכמה חברות סינתזת דנ'א ישלחו לי את מה שביקשתי, ללא בדיקה כדי לבדוק אם הן שולחות פתוגן שצריך להיות בקרה קפדנית. (DNA סינתטי אינו וירוס חי, כמובן; אני אצטרך להיות ביולוג מוכשר עם ידע מיוחד, המון משאבים וגישה לכלים יקרים כדי להשתמש בו בזדון.)
חברות מסוימות - כולל רוב המובילות בתעשייה - אכן עוקבות אחר הנחיות ארה'ב הדורשות בדיקת רקע וגם בודקות את ה-DNA רצף מול רשימה של מסוכנים ידועים ויעצור אותי מלבצע את הפקודה המסוכנת הזו - אבל א דו'ח אחרון לא מצאה עדות לחוקים המחייבים מעבדות לפעול לפי ההנחיות הללו בכל מדינה בעולם. פעולה זו מוסיפה קצת זמן והוצאות לתהליך ההזמנה, כך שיש תמריץ מסוים לחתוך פינות.
לכן מומחים רבים טוענים שאנחנו צריכים לעשות טוב יותר. ההצעות שלהם כיצד לתקן את המערכת משתנות, אבל כולם מסכימים על דבר אחד: אסור לתת לי להזמין לעצמי שפעת של 1918 או נגיף קורונה חדש מחוץ לאינטרנט ושלח אותו לביתי.
ו כדי לבסס בדיקה להזמנות DNA בקנה מידה עולמי יידרש תיאום בינלאומי בקנה מידה גדול - ועד כה, נאבקנו לתאם אפילו לאמצעי נגד פשוטים יותר.
כיצד פועלת סינתזת DNA
לפני כמה עשורים, חוקרים פתחו בפרויקט הגנום האנושי, שניסה לקבוע את זוגות הבסיסים המרכיבים את כל ה-DNA האנושי. זה היה פרויקט של 13 שנים עם היקף ומורכבות עצומים. הממשלה נאלצה להשקיע מיליארדי דולרים כדי שזה יקרה.
מאז, עולם הגנטיקה השתנה. לטכנולוגיה חדשה יש עשה אותנו הרבה יותר טובים בסריקה - ובמניפולציה - DNA. עכשיו זה עולה כ-1,000 דולר, במקום מיליארדים , לרצף גנום אנושי מלא. גם היבטים קריטיים אחרים של מחקר גנטיקה הולכים ונעשים זולים יותר.
בעל חשיבות מיוחדת? סינתזת DNA.
כאשר חוקרים רצו לייצר עותקים של רצף DNA שהם חוקרים, בעבר לא הייתה להם ברירה אלא לשבט בדקדקנות אורגניזם עם ה-DNA שהם רוצים, להכניס או להסיר גנים בטכניקות שחבור. עכשיו, זה השתנה. עם הטכניקות של היום, אנחנו יכולים לבנות באופן מלאכותי רצפי DNA, להוסיף זוג בסיסים אחד בכל פעם, במעבדה.
התהליך זול למדי ונהיה זול יותר - רק כ-8 סנט לזוג בסיסי מתווספים בצורה זו - אם כי הוא עדיין מוסיף משהו גדול כמו הגנום האנושי. אבל עבור הרבה פרויקטים קטנים יותר, יצירת ה-DNA הדרוש לך מסונתזת היא אפשרות מעשית. אם יש לי במחשב רצף של DNA שאני רוצה לעבוד איתו במעבדה, אני יכול לשלוח את ההוראות האלה לשירות סינתזת DNA - והם ישלחו בחזרה את ה-DNA, מוכן לעבודה במעבדה.
בואו ניקח בחשבון חוקר ששינה את הגנום של חיידק כך שייצר אינסולין אנושי. רק לפני כמה שנים, זה היה יקר וטרחה עצומה להדפיס את רצף ה-DNA שלה - כל זוגות הבסיסים המצורפים לפי הסדר - כדי שהיא תוכל להכניס אותו לאורגניזם ולהתחיל בניסוי שלה. רק כמה שנים לפני כן, זה היה בעצם בלתי אפשרי.
אבל היום, לעשות את זה הוא די סביר. אלו חדשות מדהימות עבור חוקרים, שיכולים בזול ובמהירות להזמין רצפי DNA באינטרנט ולקבל את ה-DNA שביקשו נשלח ישירות אליהם במחיר סביר.
בואו נהיה ברורים: אלו חדשות נהדרות. ההתקדמות ביכולת שלנו לסנתז DNA פותחת הרבה אפיקים למחקר חדש ומבטיח. חוקרים יכולים לבדוק רצפים מותאמים אישית ולהגיע להבנה טובה יותר של רצפי גנים ומה הם עושים. התקדמות בחזית זו תגרום לרפואה טובה יותר, יבולים טובים יותר ו ייצור טוב יותר של חלבונים שאנו צריכים לתהליכים תעשייתיים.
אבל ישנה בעיית אבטחה קריטית שצריך לפתור מכיוון שסינתזת ה-DNA הופכת זולה וקלה יותר.
מדוע בדיקה לאיתור פתוגנים מסוכנים היא קשה
מכיוון ש-DNA יכול להיות גם מועיל וגם מסוכן, מומחים מסכימים שהסקר צריך לקרות. אבל לרוב המדינות אין חוקים או אפילו הנחיות כיצד לעשות זאת.
DNA הוא טכנולוגיה דו-שימושית מטבעה, אמר לי ג'יימס דיגנס, שעובד על אבטחה ביולוגית ב-Twist Bioscience המובילה בתעשייה. מה זה אומר סינתזת DNA גורמת למחקר ביולוגיה בסיסי ולפיתוח תרופות מצילות חיים ללכת מהר יותר, אך ניתן להשתמש בה גם למחקר שעלול להיות קטלני עבור האנושות. זאת הבעיה ש חוקרי אבטחה ביולוגית - בתעשייה, באקדמיה ובממשלה - מתמודדים היום עם: מנסים להבין כיצד להפוך את סינתזת ה-DNA למהירה וזולה יותר עבור השימושים המועילים הרבים שלו תוך הבטחה שכל רצף מודפס מסונן ומטופלים כראוי בסכנות.
איפה עומדת המדיניות בנושא? לממשלת ארה'ב יש קווים מנחים שנועדו למנוע מקרים מסוכנים, ואם הלכתי לחברה כמו טוויסט, שבה עובד דיגנס, וביקשתי רצף DNA, הם יערכו בדיקת רקע כדי לקבוע האם הלקוח נמצא ברשימת מעקב, האם יש סיבות לדאגה? אמר לי דיגנס. הם היו מבטיחים שיש לי רישיון ושולחים רק למעבדה לגיטימית.
הצעד הבא? סנן את הרצף, אמר דיגנס - או בדוק את הבקשה שלי להשוות אותו לפתוגנים אסורים ידועים. אם הם שמו לב שאני מבקש נגיף שפעת מסוכן, הם היו עוקבים איתי כדי ללמוד עוד על מה שאני חוקרת.
אבל לא כל חברה פועלת לפי ההנחיות הללו (אם כי רוב ה-DNA הסינטטי מיוצר על ידי חברות שאכן מצייתות להן, והקונסורציום הבינלאומי לסינתזת גנים מפקח על חבריו). וההנחיות אינן מכסות רצפים קצרים, שהם נתח הולך וגדל של מחקר הביולוגיה.
הטכנולוגיה די עלתה על המקום שבו נמצאים הרגולטורים הממשלתיים, אמר לי דיגנס.
אז יש צורך בהקרנה חדשה - ותקנות חדשות המגבות את השימוש הבינלאומי בהקרנה זו. המטרה של משטר סקר חדש צריכה להיות להבטיח שבקשות ל-DNA ייבדקו כדי לקבוע אם הן מכילות רצפים אסורים ומסוכנים, מבלי להוסיף יותר מדי על הוצאות ההקרנה ומבלי להאט את הקצב של חוקרים לגיטימיים, שאמורים להיות מסוגלים לגשת ל-DNA. עבור הפרויקטים שלהם בזול ומהיר.
יש לנו את חלון הזמן הזה כדי לבצע את ההקרנה בצורה נכונה, אמרה לי בת' קמרון, שעובדת על מנגנונים למניעת סינתזת גנים בלתי חוקיים ביוזמת האיום הגרעיני (NTI). NTI היא ארגון ללא מטרות רווח המתמקד בסיכונים קטסטרופליים גלובליים ופועל למניעת התקפות ותאונות עם חומרים גרעיניים, ביולוגיים וכימיים. בחודש שעבר בדאבוס, שוויץ, המליצו NTI והפורום הכלכלי העולמי על מאמץ בינלאומי חדש להקמת מנגנון משותף לבדיקת צווי DNA. הדו'ח ממליץ על יצירת קונסורציום טכני כדי לבנות ולהשיק את המנגנון הזה לשימוש חברות ומעבדות ברחבי העולם, במטרה להפוך את ההקרנה לנורמה.
יוזמת האיום הגרעיני ממליצה גם להקים ישות גלובלית חדשה המתמקדת במניעת אסונות ביוטכנולוגיה - מקום שמשימתו היא לפקח על בדיקת סינתזת DNA. מכיוון שמחלות יכולות להתפשט ברחבי העולם, וסינתזת DNA יכולה להתמצא בכל מקום, יש צורך בשיתוף פעולה בינלאומי חזק. הרבה ארגונים בינלאומיים עובדים יחד, אבל אין מוסד טוב לתאם את זה.
שינוי התמריצים למחקר סינתזת DNA
התמקדות נוספת עבור חוקרי אבטחה ביולוגית צריכה להיות בשינוי התמריצים לאופן שבו המחקר מתבצע כיום.
מדוע חלק מהחברות בוחרות שלא לבצע סקר? ובכן, ההקרנה היא יקרה. השוואת רצפים ארוכים במיוחד של אותיות למסד נתונים גדול של רצפים אסורים דורשת זמן ריצה רב של מחשב. אם מזוהה בעיה אפשרית, יש צורך ביולוג מומחה כדי לברר אם יש בעיה אמיתית. ככל שבדיקת ה-DNA נעשתה זולה יותר, אמר לי קמרון, ההקרנה הופכת לאחוז גדול יותר מהעלות.
זה מעמיד את החברות שעושות את הדבר הנכון בחסרון תחרותי.
אז הנה רעיון נוסף: הענק מענקים לביולוגים שעושים מחקר עם סינתזת DNA מותנה בשימוש במעבדות העוקבות אחר הנחיות ההקרנה. רוב המענקים למחקר DNA מגיעים למעשה מממשלת ארה'ב. בהנחיית מדענים לקנות את ה-DNA שלהם רק מארגונים שמשתמשים בהליכי סקר משוכללים ומוסכם - אחרת הם לא יקבלו את המענק - נוכל להפוך את בדיקת ה-DNA מחיסרון תחרותי ליתרון תחרותי. ובתקווה לנסוע במעבדות נוספות כדי לעלות על הסיפון.
כספי המחקר האלה צריכים ללכת לחברות שמסננות באחריות, אמר לי דיגנס. כאשר דולרים למחקר הולכים רק לחברות העומדות בדרישות, חברות שכרגע אינן מבצעות סינון כפי שמעודדות על ידי הנחיות ארה'ב כנראה יתחילו לציית להן.
גישות טכניות חדשות להקרנה
חלק מהחוקרים חושבים שניתן לשפר את המערכת גם בממדים אחרים.
קווין אסוולט, ב-MIT, הוא אחד מהם. רָזֶה הוביל מחקר מוקדם על כונני גנים של CRISPR , והוא חושב על שימוש לרעה בביוטכנולוגיות לא פחות זמן.
הוא מצביע על א מגבלה מפתח אפילו של תוכניות ההקרנה המוצעות הטובות ביותר. כדי שחברות יידעו לאילו פתוגנים לסנן, צריך שיהיה להן מסד נתונים עם רצפי ה-DNA של כל הסוכנים הביולוגיים המסוכנים שאנחנו מכירים - כדי שיוכלו לעשות הצלבה בין מסד הנתונים הזה לבקשות של לקוחות.
אבל שמירה על מסד הנתונים הזה יוצרת כמה בעיות. אם מתווסף לו פתוגן חדש, אז כל שחקן רע יכול לראות שהוא התווסף ויודע שזה עשוי להיות איום מעניין. אם שחקן רע רוצה להעביר DNA מסוכן מעבר לתהליך ההקרנה, הוא יכול לסקור את מסד הנתונים וללמוד אם הרצף שלו יסומן. זו הסיבה שהרבה מערכות מאובטחות לא הופכות את הפרטים של המבחן שאתה צריך לעבור לזמין לציבור.
יש כמה דרכים לפתור בעיה זו. האחת היא לשאוף לתכנן מערכת סקר מקיפה בטוחה גם אם לאנשים יש גישה מלאה למאגר הסיכונים הפוטנציאליים.
הפתרון המוצע של Esvelt הולך בכיוון השני, בכך שהוא מארגן את בסיס הנתונים מאובטח ובלתי נגיש. הצעתו היא תוצר של עבודה של קריפטוגרפים כמו גם ביולוגים. לקו המחקר יש כמה אלמנטים.
בדיקת DNA נוכחית דורשת לפעמים מומחה שיבדוק התאמה פוטנציאלית ויקבע אם מדובר בהתאמה אמיתית. זה יקר, לוקח הרבה זמן ו דורש מסד נתונים של סיכונים .
אסוולט והחוקרים שאיתם הוא עובד רוצים לעשות כמה שינויים גדולים. הרעיון המרכזי הוא שהם רוצים לפתח מערכת השוואה שסופרת רק התאמות מדויקות, במקום התאמות כמעט שנספרות במערכות הנוכחיות. זה יפחית תוצאות חיוביות כוזבות ויאפשר לבצע בדיקה אוטומטית. זה גם אומר שאנחנו לא צריכים להשוות כל בקשה חדשה של לקוח עם הגנום המלא של כל סוכן ביולוגי מסוכן בחוץ. במקום זאת, אנו יכולים לבחור כמה מקטעים חיוניים של סוכנים ביולוגיים מסוכנים - מקטעים של אותם סוכנים לא יכול לתפקד בלעדיו. (נוכל למצוא גם גרסאות חלופיות של אותם מקטעים שצפויים להיות בעלי אותה פונקציונליות).
זה אומר באופן אידיאלי שיש פחות מה לסנן - מה שהופך את ההקרנה למהירה יותר - מבלי להחמיץ אף פתוגנים מסוכנים שהשיטה הישנה הייתה תופסת. ולא יהיה צורך במסד נתונים של רצפים מלאים שעלולים להוביל לאסון אם הוא ייפול לידיים הלא נכונות. במקום זאת, מסד הנתונים יופץ ויוצפן כך שאיש לא יוכל לגשת אליו אבל כולם יוכלו להשוות אליו רצפים.
נהיה רציניים בשמירה על בטיחות מחקר ה-DNA
לא כל מומחה שדיברתי איתו היה משוכנע שכל ה אמצעים לעיל היו נחוצים - או אפילו אפשרי להגיע להסכמה בינלאומית. מומחים חלוקים בדעתם האם התאמת חשיש - הגישה של אסוולט - תהיה שיפור ביחס לתקן הזהב הנוכחי להקרנה, של IARPA כיף GCAT . אבל כולם הסכימו שכדי להתקדם באבטחת חקר ה-DNA, ההקרנה צריכה להיות מהירה יותר, זולה יותר ומתואמת טוב יותר.
פתרונות טכנולוגיים יהיו כמעט בוודאות חלק משמעותי מהתמונה מכיוון שאנו הופכים את בדיקת ה-DNA לבטוחה וזולה מספיק כדי שתוכל להיות אוניברסלית. (סיבוך אחד שצריך לשים לב אליו: הטכנולוגיה מגיעה כעת למעבדות ביולוגיה כדי שיהיו סינתזת DNA משלהן על הספסל. ניתן לצייד מכונות אלו מלכתחילה לביצוע מיון. אבל אם הם ישוחררו ללא אף אחת מהיכולות שיאפשרו את ההקרנה, יהיה קשה מאוד - אולי בלתי אפשרי - להתאים זאת מאוחר יותר.)
אבל גם שינויים משפטיים ורגולטוריים, ושיתוף פעולה בינלאומי, יצטרכו להיות חלק משמעותי מהתמונה. זה עסק בבניית קואליציה בין חברות כמו טוויסט, מלכ'רים וממשלות בינלאומיות, דיגנס סיפר לי על עבודתו של טוויסט בהקרנה.
במהלך השנתיים האחרונות, ראינו תחושת דחיפות עצומה מצד חברות ומומחים טכניים בפיתוח תהליך גלובלי, אמר קמרון על יוזמת NTI Biosecurity Innovation and Risk Reduction Initiative. אבל יש הרבה עבודה כדי להפוך אבטחה ביולוגית לחלק מיינסטרים במחקר ופיתוח טכנולוגיים.
כל פתרון טכני יהפוך את העולם לבטוח יותר רק במידה שממשלות ומממני מחקר ברחבי העולם יוכלו לאמץ אותו ולעזור להגשים אותו.
הירשם לניוזלטר Future Perfect ואנו נשלח לך סיכום של רעיונות ופתרונות להתמודדות עם האתגרים הגדולים בעולם - וכיצד להשתפר בעשיית טוב.
הירשם לניוזלטרעתיד מושלם
תודה על ההרשמה!
בדוק את תיבת הדואר הנכנס שלך לקבלת דוא'ל קבלת פנים.
אימייל (נדרש) על ידי הרשמה, אתה מסכים שלנו הודעת פרטיות ומשתמשים אירופאים מסכימים למדיניות העברת הנתונים. לעוד ניוזלטרים, עיין בדף הניוזלטרים שלנו. הירשםFuture Perfect ממומן בחלקו על ידי תרומות בודדות, מענקים וחסויות. למד עוד כאן .
