Projekt Genesis. Czy biologia syntetyczna nas wyleczy? ebook i audiobook

Tytuł oryginalny: The Genesis Machine: Our Quest to Rewrite Life in the Age of Synthetic Biology

Przekład: Aleksandra Samson-Banasik

Wstęp: Jowita Michalska

Redakcja: Anna Żołcińska

Korekta: Elżbieta Wojtalik-Soroczyńska

Skład i łamanie: JOLAKS – Jolanta Szaniawska

Opracowanie e-wydania:

Copyright © 2022 by Amy Webb and Andrew Hessel

All rights reserved.

This edition published by arrangement with PublicAffairs, an imprint of Perseus Books, LLC, a subsidiary of Hachette Book Group, Inc., New York, New York USA.

All rights reserved.

Copyright © 2023 for the Polish edition by Poltext Sp. z o.o.

All rights reserved.

Copyright © 2023 for the Polish translation by Poltext Sp. z o.o.

All rights reserved.

Warszawa 2023

Wszelkie prawa zastrzeżone. Nieautoryzowane rozpowszechnianie całości lub fragmentów niniejszej publikacji w jakiejkolwiek postaci zabronione. Wykonywanie kopii metodą elektroniczną, fotograficzną, a także kopiowanie książki na nośniku filmowym, magnetycznym, optycznym lub innym powoduje naruszenie praw autorskich niniejszej publikacji. Niniejsza publikacja została elektronicznie zabezpieczona przed nieautoryzowanym kopiowaniem, dystrybucją i użytkowaniem. Usuwanie, omijanie lub zmiana zabezpieczeń stanowi naruszenie prawa.

Poltext Sp. z o.o.

www.poltext.pl/przeswity

[email protected]

ISBN 978-83-8175-492-7 (format epub)

ISBN 978-83-8175-493-4 (format mobi)

Opinie o Projekt Genesis

„Projekt Genesis to dzieło genialnego duetu wizjonerów, którzy dzielą się z nami wszechstronnym spojrzeniem na możliwości tworzenia lepszego świata dzięki biologii”.

Jane Metcalfe, współzałożycielka magazynu Wired, dyrektor generalna NEO.LIFE

„Projekt Genesis jest zajmującą opowieścią o tym, jak w świecie badań DNA przechodzi się od odczytywania kompletnego genomu do jego edycji i tworzenia go od podstaw. Amy Webb i Andrew Hessel zabierają czytelnika w podróż do przyszłości, w której zastosowanie tych nowych technologii może skutkować wydarzeniami o decydującym wpływie na nasze życie”.

Dr J. Craig Venter, autor książki Life at the Speed of Life: From the Double Helix to the Dawn of Digital, dyrektor generalny J. Craig Venter Institute (JCVI)

„W tej fenomenalnej i niezwykle przystępnej książce w jasny i przemyślany sposób omówiono najważniejszą rewolucję zachodzącą w tej chwili w naszym życiu – i w życiu w ogóle. Każdy, kto chce zachować podmiotowość oraz być świadomym człowiekiem i obywatelem w XXI wieku, powinien zrozumieć, w jaki sposób zarówno my, jak i następne pokolenia będziemy wykorzystywać narzędzia biologii syntetycznej do przekształcania światów wewnątrz i na zewnątrz nas. Projekt Genesis to przewodnik, który nam w tym pomoże, i książka, którą po prostu trzeba przeczytać”.

Jamie Metzl, członek komisji WHO ds. edycji ludzkiego genomu, autor książki Hakowanie Darwina. Kiedy genetyczna przyszłość stanie się naszą codziennością

„Być może jeszcze nie zdajesz sobie z tego sprawy, ale twoje życie – i całe życie na Ziemi – wkrótce się zmieni. Biologia syntetyczna przyniesie niewyobrażalne zmiany, od programowalnych genów po spersonalizowane leki. Projekt Genesis to ujmująco szczery, wnikliwy i czytelny przewodnik po możliwościach, zagrożeniach i dylematach moralnych nowego, wspaniałego świata”.

Steven Strogatz, Uniwersytet Cornella, autor książki Infinite Powers

„Skoro technologie przyszłości wyłaniają się stopniowo, a potem pojawiają się pozornie naraz, to przyszłość oparta na osiągnięciach biotechnologii puka do naszych drzwi już teraz, a jednocześnie wykracza daleko poza zasięg naszej wyobraźni. Amy Webb i Andrew Hessel stworzyli niezastąpiony przewodnik, niezbędny do zrozumienia potencjału biotechnologii, zadając w nim ważne pytania i prezentując stanowiska, które należy wziąć pod rozwagę. Nieodzowna lektura dla liderów biznesu”.

Beth Comstock, autorka książki Imagine It Forward, była wiceprzewodnicząca General Electric

„Projekt Genesis to prawdziwy majstersztyk! Amy Webb i Andrew Hessel po mistrzowsku ukazują kształtującą się konsolidację sił – ludzi, laboratoriów, systemów komputerowych, agencji rządowych i firm – które będą kierowały kolejną wielką transformacją w dziejach ludzkości. Ich fascynujące (i przerażające) konkluzje – że ludzki ekosystem faktycznie można programować – będą dotyczyć każdego aspektu naszego życia w przyszłości. Ta genialna praca jest obowiązkową lekturą dla specjalistów ds. bezpieczeństwa narodowego i planowania obronnego, którzy muszą pojąć złożoną dynamikę przyszłej rywalizacji o biohegemonię”.

Dr Jake Sotiriadis, naczelny futurolog Sił Powietrznych Stanów Zjednoczonych

„Czym są najnowsze innowacje w dziedzinie biologii syntetycznej: cudem, który kładzie kres od dawna trwającemu kryzysowi, czy też przełomem prowadzącym do całkowicie nowego sposobu życia? Oto pytanie, które futurystka Amy Webb i mikrobiolog Andrew Hessel zadają w tej fascynującej książce. Historia świata to historia niezamie­rzonych konsekwencji, zarówno korzystnych, jak i niepożądanych, a Webb i Hessel opisują czekającą nas fuzję techniki i biologii w wyjątkowo szczegółowy i obrazowy sposób”.

Ian Bremmer, autor książki The Power of Crisis

„Projekt Genesis to fantastyczna książka, ukazująca DNA jako alfa­bet, którym w dużej mierze zostanie napisana nasza przyszłość. Amy Webb i Andrew Hessel podjęli skomplikowany temat biologii syntetycznej i uczynili go zrozumiałym dzięki wyrazistej prozie i wnik­liwej analizie, które przybliżają nam tajemnice nauki i humanizmu XXI wieku”.

Alec Ross, autor książek Świat przyszłości oraz The Raging 2020s

Inne książki autorstwa Amy Webb

The Signals Are Talking:Why Today’s Fringe Is Tomorrow’s Mainstream

The Big Nine: How the Tech Titans & Their Thinking Machines Could Warp Humanity

Dla Kaii, mądrości i światła mojego życia. I dla Steve’a, który mnie zrestartował.

– AW

Dla Hani, Ro i Daxa, z podziękowaniem za wszystkie lekcje życia.

– AH

Wstęp

Ta książka to lektura obowiązkowa dla osób zajmujących się AI, genetyką, ale przede wszystkim dla tych, którzy chcą wiedzieć, dokąd to wszystko zmierza. Rzeczywiście, daje ona wiele do myślenia.

Profesor Amy Webb zobaczyłam po raz pierwszy w 2019 roku na scenie jednego z największych wydarzeń ze świata technologii – konferencji SXSW w Austin. Zaciekawiło mnie, dlaczego ponad 6000 fanów przyszłości i nowych technologii przyleciało do Teksasu m.in. po to, żeby stanąć w kolejce i dostać się na wykład tej nieznanej mi kobiety. Po jej godzinnej, pełnej pasji i konkretnych danych opowieści o przyszłości wiedziałam, że jeśli chcę być na bieżąco z trendami technologicznymi, rozumieć przyszłość, która nie tylko się do nas zbliża, ale właściwie już tu jest, móc aktywnie uczestniczyć w jej tworzeniu i kształtowaniu – muszę mieć kontakt z tą kobietą. Tak zaczęła się moja przygoda z profesor Amy Webb. W kolejnych latach szukałam wykładów z jej udziałem, czytałam od deski do deski jej fascynujące raporty o nowych technologiach, w których co roku Amy analizuje ponad 400 najważniejszych trendów technologicznych, napisałam kilka artyku­łów na podstawie tych raportów, starając się przybliżyć zarówno ich tematykę, jak i sylwetkę Amy polskim czytel­nikom. I wreszcie po kilku latach prób udało mi się zaprosić ją do wygłoszenia wykładu na naszej konferencji „Masters and Robots” w 2022 roku.

Cieszę się niezmiernie, że mogę napisać wstęp do tej nadzwyczajnej, otwierającej oczy książki, Projekt Genesis,która nakreśla kontury oszałamiającej, nowo powstającej technologii – biologii syntetycznej – o której przeciętny człowiek tak niewiele wie. Modyfikacje genetyczne i CRISPR są moim konikiem od lat, odkąd w Singularity Group zainteresowałam się ścieżką dotyczącą dłu­go­wieczności. Właś­nie tam po raz pierwszy zetknęłam się z Andrew Hesselem, współtwórcą Human Genomics, pionierem m.in. tworzenia wirusów synte­tycznych do zwalczania komórek rakowych.

Biologia syntetyczna, choć nie zawsze i nie wszyscy zdajemy sobie z tego sprawę, zrewolucjonizuje sposób, w jaki definiujemy rodzinę, rozpoznajemy choroby, opóźniamy starzenie się i radykalnie zmieni to, jak się odżywiamy. Ta szybko rozwijająca się dziedzina, wykorzystująca komputery do modyfikowania lub przepisywania kodu genetycznego, stworzyła rewolucyjne, przełomowe rozwiązania, takie jak szczepionki mRNA na COVID czy hodowane w laboratoriach mięsne hamburgery, które smakują jak prawdziwe. W dłuższej perspektywie biologia syntetyczna może dać nam nadzieję na to, że poradzimy sobie z zagrożeniami egzystencjalnymi: zmianami klimatu, brakiem bezpieczeństwa żywnościowego i dostępu do paliw.

Wiąże się to jednak z poważnym ryzykiem.

Kto powinien decydować o tym, jak konstruować żywe organizmy? Czy powinny istnieć granice ulepszania człowieka? Czy powinniśmy pozwolić rodzicom, jeśli ich na to stać, na zwiększanie wzrostu, mięśni lub IQ ich dzieci? Czy zmodyfikowane orga­nizmy powinny być wypuszczane na wolność? Jakie zagrożenia cyberbiologiczne mogą się pojawić? Czy przyszła wojna biologiczna z użyciem organizmów mogłaby spowodować masowe wymieranie?

Biohacking, czyli praktyka mająca na celu wymianę części naszego DNA, jest dziś rodzajem podejścia do nauki typu „zrób to sam”, które może funkcjonować poza typowymi ograniczeniami wynikającymi z przepisów prawnych. Ważnym elementem jest tu technologia edycji genomu CRISPR/Cas9. Otwiera nam ona możliwość manipulowania naszymi genami w celu „naprawiania” takich problemów, jak np. choroby genetyczne. Potencjał leczniczy tej technologii jest ogromny, ale równie duży jest jej potencjał szkod­liwy. Jeśli możemy manipulować biologią w dobrym celu, ktoś nieuchronnie wykorzysta ją w złym.

Ostatnie pół wieku było erą cyfrową, opartą na mikroprocesorach, komputerach i internecie. Teraz wkraczamy w rewolucję w naukach przyrodniczych i będziemy musieli na nowo zbudować w tym świecie granice i określić możliwości.

Biologia syntetyczna, podobnie jak metawersum czy sztuczna inteligencja, jest pojęciem zbiorczym dla wielu różnych technologii. Jest to nowa, interdyscyplinarna dziedzina nauki, która łączy w sobie projektowanie inżynierskie, komputery i biologię. Nau­kowcy projektują lub przeprojektowują organizmy, aby nadać im nowe lub lepsze przeznaczenie. Obecnie możemy programować systemy biologiczne w taki sam sposób, w jaki programujemy komputery. Można edytować kod, tak jak edytuje się dokument w Wordzie czy prezentację w programie PowerPoint. To nie jest jakaś daleka przyszłość, tylko coś, co już się dzieje.

Co będzie z tym, jak tworzymy życie?

Autorzy zawarli w książce serię spekulatywnych scenariuszy science fiction, aby podkreślić, w jaki sposób biologia syntetyczna może być potencjalnie wykorzystywana. Badają różne pomysły na to, co ta technologia może zrobić dla ludzkości. Oto kilka przykładów omówionych w książce:

Każda aplikacja może mieć przy tym dwojakie zastosowanie – może być dobrze wykorzystana lub może być wykorzystana w złej intencji:

Podsumowując, wkraczamy na nowy front innowacji biotechnologicznych. To dziki zachód dla biologii syntetycznej. Regulacja tego rodzącego się przemysłu jest żałośnie opóźniona. Trzeba zachęcać do korzystania z obiecujących technologii, ale jednocześnie zadbać o ograniczenie ryzyka. Wymaga to po­dej­mowania wyważonych decyzji i działań, czego nie da się zrobić jednostronnie, musi się to odbywać w ramach globalnej współpracy.

Pamiętajmy, że jeśli coś wydaje się odległe, to nie oznacza, że nie należy podejmować działań. Biologia syntetyczna jest tym, dzięki czemu możemy wiele zyskać i przez co możemy wiele stracić, dlatego dzisiaj rozmawiamy o tej nowej dziedzinie nauki, żeby każdy z nas mógł zacząć sobie zadawać te trudne związane z nią pytania i zacząć rozmyślać nad swoimi własnymi wnioskami i odpowiedziami.

Znajdujemy się w sytuacji przyspieszenia. Nie mamy żadnego ustawodawstwa na temat tej technologii. Będziemy musieli zacząć na nowo definiować, co rozumiemy przez pojęcie „rzeczywisty”, ponieważ w przeciwnym razie staniemy w obliczu wyzwań kulturowych i społecznych, które naprawdę spowodują problemy.

Mam nadzieję, że po lekturze tej książki zaczniemy się zastanawiać, jak wykorzystać całą tę technologię dla większego dobra nas wszystkich.

Profesor Amy Webb w czasie swojego wykładu nt. biologii syntetycznej na SXSW w Austin powiedziała: „Nie proszę cię, abyś był gotowy na wszystko. Proszę cię, abyś był gotowy na cokolwiek przyjdzie, zwłaszcza jeśli podważa to twoje głęboko zakorzenione przekonania”.

Webb i Hessel dodają następnie: „Życie staje się programowalne, a biologia syntetyczna składa śmiałą obietnicę poprawy ludzkiej egzystencji. Celem tej książki jest ułatwienie czytelnikowi refleksji nad wyzwaniami i możliwościami majaczącymi na horyzoncie. W ciągu następnej dekady będziemy musieli podjąć ważne decyzje: czy tworzyć nowe wirusy do walki z chorobami, jak będzie wyglądała prywatność genetyczna, kto będzie »właś­cicielem« żywych organizmów, w jaki sposób firmy będą mogły czerpać zyski ze zmodyfikowanych komórek i jakie środki bezpieczeństwa należy zastosować w laboratoriach”.

Technologia wydaje się rozwijać w szaleńczym tempie bez naszego wpływu, ale prawda jest taka, że historia jej rozwoju jest również historią o ludziach, którzy ją współtworzą. Nasza przyszłość powinna odzwierciedlać nasze wybory i działania, które podejmujemy. A nie da się tego zrobić bez świadomości tego, co nas czeka.

Jowita Michalska

Founder & CEO of Digital University

Chapter Ambassador of Singularity Group

WprowadzenieCzy życie powinno być dziełem przypadku?

Amy – Po raz pierwszy poczułam to ostre ukłucie w podbrzuszu podczas ważnego spotkania z klientem. Wokół stołu zasiadali menedżerowie wyższego szczebla międzynarodowej firmy informatycznej. Kiedy ból pojawił się ponownie, pracowaliśmy akurat nad długoterminową strategią firmy, dlatego szybko przekazałam pałeczkę jednemu z moich współpracowników i wybieg­łam do łazienki. Lepka warstwa ciemnoczerwonej krwi zdążyła przesiąknąć przez czarne rajstopy i przywarła do wewnętrznej strony moich ud. Nie mogłam oddychać. Nie mogłam fizycznie nabrać powietrza. Osunęłam się na toaletę i zaczęłam cichutko szlochać, tak aby nikt nie słyszał.

Byłam wtedy w ósmym tygodniu ciąży i za kilka dni miałam mieć wykonane wczesne USG. Zaczęłam już nawet myśleć o imionach: Zev dla chłopca, a Sacha dla dziewczynki. Zmywając krew z nóg i podłogi, usilnie szukałam wytłumaczenia, ale wciąż docie­rałam do tego samego punktu: gniewu i samoobwiniania się. To moja wina. Na pewno popełniłam jakiś błąd.

Kiedy po raz trzeci poczułam znajome ukłucie, wiedziałam już, czego się spodziewać: utraty krwi i upokarzającej wyprawy do drogerii po gigantyczne podpaski, a następnie głębokiej depresji, bezsenności i niekończącego się strumienia pytań bez odpowiedzi. Mój mąż i ja konsultowaliśmy się z najlepszymi specjalistami w zakresie płodności na Manhattanie i w Baltimore, poddając się wszelkim oferowanym testom: badaniom poziomu hormonów, ocenie rezerwy jajnikowej i diagnostyce mającej na celu wykluczenie obecności łagodnych zmian nowotworowych lub torbieli, które mogłyby stanowić źródło problemu. Nie były to jednak definitywne odpowiedzi, ale raczej zaawansowane technicznie domysły i prognozy.

Nie ustawaliśmy w wysiłkach i kolejny raz zaszłam w ciążę. Tym razem osiągnęliśmy ważny kamień milowy – dotrwaliśmy do drugiego trymestru – i wreszcie mogliśmy pozwolić sobie na ekscytację. Udaliśmy się wtedy na rutynową kontrolę. Byłam w osiemnastym tygodniu i mój ciążowy brzuszek stawał się coraz bardziej widoczny. W gabinecie położyłam się na łóżku, a kobieta wykonująca badanie wycisnęła mi na brzuch zimny galaretowaty żel i rozsmarowała go głowicą ultrasonografu. Wcisnęła kilka klawiszy na klawiaturze, wpatrując się w ziarnisty, niemal całkowi­cie czarny obraz na monitorze. Przeprosiła nas, wymamrotała coś o starym sprzęcie i opuściła gabinet. Po chwili wróciła z innym aparatem i z moim lekarzem. Ponownie wycisnęła mi na brzuch lodowatą galaretkę, ponownie ją rozsmarowała i ponownie powiększyła obraz na monitorze, spoglądając na mojego ginekologa, a potem, niechętnie, z powrotem na mnie.

Nie pamiętam dokładnie, co powiedzieli, ale pamiętam, że mój lekarz wziął mnie za rękę, a mąż płakał. Zostałam przyjęta na oddział w celu operacyjnego usunięcia tkanki płodowej. Powiedziano mi, że z medycznego punktu widzenia żadnemu z nas, ani mnie, ani mojemu mężowi, nic nie dolegało. Byliśmy po trzy­dziestce. Byliśmy zdrowi. Zachodziłam w ciążę, ale z jakiegoś powodu nie byłam w stanie jej utrzymać.

Statystycznie jedna na sześć kobiet poroni ciążę, a powodów może być wiele. Najczęściej przyczyną jest aberracja chromosomowa – coś wariuje, gdy embrion zaczyna się dzielić – i nie ma to nic wspólnego ze stanem zdrowia ani wiekiem rodziców. Powiedziano mi, że to nie moja wina. Moje ciało po prostu nie współpracowało[1].

Andrew – Od kiedy skończyłem dziesięć lat, byłem pewien, że nie chcę mieć dzieci. Mieszkaliśmy w wiejskiej posiadłości na obrzeżach Montrealu. Moi rodzice męczyli się ze sobą, a co za tym idzie, ze mną i dwójką mojego rodzeństwa. Nasza trójka urodziła się w krótkich odstępach czasu: brat był ode mnie o rok młodszy, a siostra o rok starsza. Kiedy rodzice oznajmili nam, że się rozstają, nie byłem zasmucony. Pomyślałem nawet, że moja mama byłaby szczęśliwsza jako zakonnica. Została jednak samotną matką i pielęgniarką na nocnej zmianie.

Spała w ciągu dnia, kiedy byliśmy w szkole. Na szczęście wszyscy byliśmy samodzielnymi, zdolnymi dzieciakami. Często uciekałem do biblioteki – mojego drugiego domu – gdzie prowadziłem bujne życie między regałami. Przynosiłem do domu naręcza książek, odprowadzałem mamę do pracy na godzinę 22.00, a potem czuwałem nad bratem i siostrą, często czytając im do świtu, póki mama nie wróciła do domu. Opowieści o tradycyjnych rodzinach nuklearnych wydawały mi się obce. Nie miałem żadnego punktu odniesienia. Sens miały dla mnie za to cuda biologii, niezawodna logika inżynierii i wizje science fiction. Czasami, kiedy moje rodzeństwo zasypiało, ja rezygnowałem ze snu, czytając i myśląc o życiu: skąd się wzięły wszystkie stworzenia, zarówno te olbrzymie, jak i te mikroskopijnych rozmiarów, jak ewoluowały i czym mogą się stać w przyszłości.

W wieku osiemnastu lat wiedziałem, że chcę zgłębić fundamentalne aspekty życia – genetykę, biologię komórki, mikrobiolo­gię – ale nie miałem zamiaru sprowadzać na świat własnych dzieci. Pisałem wtedy oprogramowanie i tworzyłem bazy danych, roz­myś­lając jednocześnie o kodzie genetycznym i komputerowym, a przed sobą miałem wiele lat fascynujących badań. Seks był atrakcyjny, dzieci nie. Jedyne formy męskiej antykoncepcji były mecha­niczne, a nie medyczne, i nie dawały stuprocentowej gwarancji. Jedynym niezawodnym rozwiązaniem była wazektomia, więc zwróciłem się do lekarza z prośbą o wykonanie takiego zabiegu. Na początku zaprotestował – dopiero co przekroczyłem próg dorosłości i z całą pewnością nie miałem podstaw do podjęcia tak drastycznej decyzji. Argumentowałem, że wazektomie są odwracalne. Poza tym mogłem zdeponować nasienie w banku spermy, gdybym miał jakiekolwiek wątpliwości, ale nie miałem żadnych. Moja stanowczość przekonała lekarza, więc w końcu wypisał mi skierowania do urologów, ale „zakręcenie kurków” zajęło mi ostatecznie sześć lat. Większość specjalistów uważała, że moja decyzja była pochopna i niedojrzała. Ja z kolei twierdziłem, że po prostu staram się być odpowiedzialny. Fakty były jednak niezaprzeczalne: gdybym w przyszłości zmienił zdanie, nie było żadnej gwarancji, że będę mógł mieć dzieci.

Trzydzieści lat później spotkałem na konferencji piękną kobietę. Promieniała, gdy mówiłem o komórkach, i pobłażała moim rozwlekłym diatrybom na temat podobieństw DNA do oprogramowania komputerowego. Pewnego ranka, kiedy leżałem obok niej w jej mieszkaniu na Manhattanie, ogarnęło mnie przerażające uczucie: zapragnąłem mieć z nią dzieci. Chciałem założyć z nią rodzinę. Ale dobiegałem pięćdziesiątki i wiedziałem dokładnie, czego się spodziewać z medycznego i biologicznego punktu widzenia.

Kiedy zdecydowaliśmy się na dziecko, oboje byliśmy pełni nadziei, ale też realistycznie patrzyliśmy na nasze szanse. W dniu mojej rewazektomii, gdy pielęgniarki wiozły mnie na salę operacyjną, utkwiłem wzrok w suficie. Światło migało rytmicznie nad moją głową, a z każdym jego rozbłyskiem wracało do mnie ostrzeżenie lekarza sprzed wielu lat i skłaniało mnie do refleksji nad zmiennością ludzkiego życia. Rurki łączące moje jądra z cewką moczową i umożliwiające plemnikom opuszczenie mojego ciała, nie zostały zaciśnięte klipsem ani podwiązane – to zdecydowanie ułatwiłoby przywrócenie drożności światła nasieniowodów. Zamiast tego chirurg całkowicie je przeciął i kauteryzował, aby upewnić się, że nie dojdzie do wycieku. Ich ponowne połączenie wymagało precyzyjnego zabiegu mikrochirurgicznego i znieczulenia ogólnego.

Przez osiemnaście miesięcy bez skutku próbowaliśmy zajść w ciążę. Wiedziałem, co jest nie tak – i jak niewiele mogę z tym zrobić. Operacja się powiodła, ale funkcje mojego ciała były wyłączone zbyt długo. Z mechanicznego punktu widzenia nic mi nie dolegało. Moje ciało po prostu nie chciało współpracować.

Dziś naukowcy od nowa tworzą zasady obowiązujące w naszej rzeczywistości. Udręka, której doświadczyliśmy, walcząc o zostanie rodzicami, w nadchodzących dziesięcioleciach może być jedynie nieznaczną anomalią. Niezwykle obiecująca dziedzina nauki z dużym prawdopodobieństwem pozwoli nam zrozumieć, w jaki sposób tworzy się życie i jak można je odtworzyć, między innymi po to, abyśmy mogli leczyć rozmaite schorzenia bez farmakoterapii, pozyskiwać mięso bez hodowli zwierząt i tworzyć rodziny, gdy natura okaże się zawodna. Ta dziedzina, zwana biologią syntetyczną, ma jeden cel: uzyskać dostęp do komórek w celu napisa­nia nowej – być może lepszej – wersji życia.

W XX wieku biolodzy skupili się na rozbieraniu tkanek, komórek i białek na czynniki pierwsze, aby poznać zasady ich funkcjonowania. W obecnym stuleciu nowe pokolenie naukowców próbuje skonstruować z tych elementów zupełnie nowe materiały, a wiele osób już osiąga sukcesy w dynamicznie rozwijającej się dziedzinie biologii syntetycznej. Inżynierowie projektują nowe systemy komputerowe na potrzeby biologii, a startupy sprzedają drukarki, które przekształcają kod komputerowy w żywe organizmy. Architekci sieci używają DNA jako twardych dysków. Naukowcy opracowują systemy typu body-on-a-chip (wyobraź sobie półprzezroczystą kostkę domina z ludzkimi narządami w skali nano, które żyją i rosną poza ludzkim ciałem). Biolodzy, inżynierowie, informatycy i inni specjaliści wspólnymi siłami stworzyli projekt genesis: wszechstronny system złożony z ludzi, labo­ratoriów badawczych, systemów komputerowych, agencji rządowych i firm, które tworzą odmienne interpretacje życia, ale też zupełnie nowe jego formy.

Projekt genesis umożliwi wielką transformację ludzkości – transformację, która już się rozpoczęła. Wkrótce życie nie będzie już dziełem przypadku, lecz wynikiem projektowania, selekcji i wyboru. Projekt genesis zdecyduje o tym, w jaki sposób będzie­my poczynać dzieci, definiować rodzinę, diagnozować choroby, przeciwdziałać starzeniu się organizmu, budować domy i odżywiać nasze ciała. Odegra fundamentalną rolę w walce z kryzysem klimatycznym i ostatecznie w naszym przetrwaniu jako gatunku.

Projekt genesis obejmuje wiele biotechnologii, stworzonych z myślą o modyfikacji i projektowaniu życia. Liczne nowe technologie i techniki biologiczne, które wchodzą w szeroki zakres biologii syntetycznej, pozwolą nam nie tylko odczytywać i edyto­wać sekwencje DNA, ale też tworzyć je od podstaw. Oznacza to, że wkrótce będziemy programować żywe, biologiczne struktury, tak jakby były mikroskopijnymi komputerami.

Edycja DNA stała się możliwa na początku drugiej dekady XXI wieku właśnie dzięki jednej z tych technologii: CRISPR-Cas9[2]. Ponieważ metoda ta wykorzystuje procesy biologiczne do wycinania i wklejania informacji genetycznej, naukowcy potocznie określają ją mianem „molekularnych nożyczek”. Media regularnie donoszą o przełomowych interwencjach medycznych z wykorzystaniem CRISPR, w tym o udanych próbach przywrócenia wzroku osobom niewidomym. Naukowcy wykorzystują nożyce molekularne do wycinania pewnych fragmentów sekwencji genetycznej, po czym ponownie składają cząsteczkę DNA w całość, tworząc swoisty biologiczny kolaż z poprzestawianymi literami. Problem polega na tym, że nie są w stanie bezpośrednio obserwować zmian dokonywanych w cząsteczce. Każda manipulacja laboratoryjna musi zostać poddana weryfikacji i walidacji eksperymentalnej, co czyni cały proces długotrwałym i niezwykle pracochłonnym.

Biologia syntetyczna digitalizuje ten proces. Sekwencje DNA są ładowane do oprogramowania – wyobraź sobie edytor tekstowy obsługujący kod DNA – dzięki czemu edycja staje się tak prosta, jak użycie procesora tekstu. Po napisaniu lub zadowalającej edycji sekwencji DNA nowa cząsteczka DNA jest syntetyzowana od podstaw za pomocą sprzętu przypominającego drukarkę 3D. Technologia syntezy DNA (przekształcanie cyfrowej informacji gene­tycznej w molekularne DNA) rozwija się wykładniczo. Obecnie dzięki dostępnym metodom rutynowo syntetyzuje się łańcuchy DNA o długości kilku tysięcy par zasad, które można złożyć w nowe szlaki metaboliczne, a nawet kompletny genom komórki. Możemy dziś programować układy biologiczne tak samo, jak programujemy komputery.

Te naukowe innowacje podsycają trwający od stosunkowo niedawna, ale dynamiczny rozwój branży biosyntetycznej, której nadrzędnym celem jest opracowanie cennych rozwiązań, obejmu­jących biomateriały, paliwa i chemię przemysłową, leki, szczepionki, a nawet zmodyfikowane komórki, działające jak mikroskopijne roboty. Postęp w zakresie sztucznej inteligencji znacząco pobudził rozwój tej dziedziny, ponieważ im bardziej zaawansowane stają się systemy sztucznej inteligencji, tym więcej zastosowań biologicznych można przetestować i zrealizować. W miarę udoskonalania narzędzi programistycznych oraz rozwoju technologii syntetyzowania i składania DNA programiści będą mogli pracować nad coraz bardziej złożonymi projektami biologicznymi. Dla przykładu: wkrótce będziemy w stanie stworzyć dowolny genom wirusa od podstaw. Może się to wydawać przerażającą perspektywą, biorąc pod uwagę, że koronawirus znany jako SARS-CoV-2, wywołujący COVID-19, doprowadził do śmierci ponad 4,2 miliona ludzi na całym świecie[3].

Tym, co sprawia, że wirusy takie jak SARS-CoV-2 – a wcześ­niej SARS, H1N1, Ebola i HIV – są tak trudne do opanowania, jest fakt, że w istocie stanowią one potężny mikroskopijny kod, który rozwija się i rozmnaża w organizmie niezabezpieczonego gospodarza. Wirus w swoim działaniu przypomina pamięć USB, którą ładuje się do komputera; niczym pendrive podłącza się do komórki i ładuje nowy kod. I choć może to brzmieć zaskakująco w czasach globalnej pandemii, nie jest wykluczone, że wirusy są naszą nadzieją na lepszą przyszłość.

Wyobraź sobie sklep z aplikacjami biosyntetycznymi, z którego można pobierać nowe możliwości i dodawać je do dowolnej komórki, drobnoustroju, rośliny lub zwierzęcia. Naukowcy z Wielkiej Brytanii po raz pierwszy zsyntetyzowali i zaprogramowali genom Escherichia coli od podstaw w 2019 roku[4]. Za jakiś czas gigantyczne genomy organizmów wielokomórkowych – roślin, zwierząt i ludzi – będą syntetyzowane w mgnieniu oka. Pewnego dnia będziemy dysponowali technicznymi podwalinami do leczenia wszelkich chorób genetycznych znanych ludzkości. Doprowadzimy tym samym do iście kambryjskiej eksplozji zmodyfikowanych roślin i zwierząt, które sprostają globalnym wyzwaniom w zakresie żywienia, produkcji odzieży, budownictwa mieszkaniowego i opieki nad miliardami ludzi, choć dziś trudno nam sobie to wyobrazić.

Życie staje się programowalne, a biologia syntetyczna składa śmiałą obietnicę poprawy ludzkiej egzystencji. Celem tej książki jest ułatwienie czytelnikowi refleksji nad wyzwaniami i możliwościami majaczącymi na horyzoncie. W ciągu następnej dekady będziemy musieli podjąć ważne decyzje: czy tworzyć nowe wirusy do walki z chorobami, jak będzie wyglądała prywatność genetyczna, kto będzie „właścicielem” żywych organizmów, w jaki sposób firmy będą mogły czerpać zyski ze zmodyfikowanych komórek i jakie środki bezpieczeństwa należy zastosować w laboratoriach, w których prowadzi się badania nad organizmami syntetycznymi. Jakich wyborów dokonalibyśmy, gdybyśmy mogli przeprogramować swoje ciała? Czy zadręczalibyśmy się pytaniami o to, czy powinniśmy – a jeśli tak, to w jaki sposób – modyfikować swoje przyszłe dzieci? Czy zgodzilibyśmy się na spożywanie GMO (organizmów modyfikowanych genetycznie), gdyby mogło to ograniczyć niekorzystne zmiany klimatyczne? Osiągnęliśmy biegłość w wykorzystywaniu zasobów naturalnych i procesów chemicznych do wspierania naszego gatunku. Teraz stoimy przed szansą napisania nowego rozdziału, opierając się na tej samej archi­tekturze, na której bazuje całe życie na naszej planecie. Obietnica biologii syntetycznej to przyszłość zbudowana przez najpotężniejszą, zrównoważoną platformę produkcyjną, jaką kiedykolwiek poznała ludzkość. Jesteśmy u progu zapierającej dech w piersiach nowej ewolucji przemysłowej.

Dyskusja, która toczy się obecnie na temat sztucznej inteligencji – nieuzasadniony strach i nadmierny optymizm, irracjonalne podniecenie potencjałem rynku, wypowiedzi urzędników świadczące o celowym uchylaniu się od odpowiedzialności – jest przedsmakiem rozmów, które będziemy wkrótce prowadzić na temat biologii syntetycznej, dziedziny, która zyskuje coraz większe zainteresowanie za sprawą nowego koronawirusa. Przełomowe postępy w zakresie opracowania szczepionek mRNA, domowych testów diagnostycznych i leków przeciwwirusowych nabierają tempa. Nadszedł czas, aby przenieść tę rozmowę do przestrzeni publicznej. Po prostu nie możemy dłużej czekać.

Obietnica zawarta w tej książce jest prosta i konkretna: jeśli dzisiaj pogłębimy nasze rozumienie biologii syntetycznej i wypracujemy strategię jej wykorzystania, będziemy o krok od rozwiązania pilnych i długofalowych wyzwań egzystencjalnych związanych ze zmianami klimatycznymi, globalnym brakiem bezpieczeństwa żywnościowego i potencjalną długowiecznością człowieka. Możemy już dziś przygotować się do pokonania kolejnych epidemii za pomocą odpowiednio zmodyfikowanych wirusów. Jeśli będziemy czekać z podjęciem działań, o przyszłości biologii syntetycznej mogą zadecydować spory o własność intelektualną i bezpieczeństwo narodowe, a także przedłużające się procesy sądowe i wojny handlowe. Musimy zrobić wszystko, aby postęp w dziedzinie genetyki pomógł ludzkości, zamiast nieodwracalnie jej zaszkodzić.

Kod naszej przyszłości powstaje dzisiaj. Rozpoznanie tego kodu i odszyfrowanie jego znaczenia będzie początkiem nowej historii ludzkości.

Napisaliśmy książkę o życiu: o tym, jak powstaje, jak jest zakodowane i jakie narzędzia wkrótce pozwolą nam kontrolować nasze genetyczne przeznaczenie. Jest ona również o prawie do podejmowania decyzji dotyczących życia – życia, które dla nowego pokolenia będzie zdefiniowane w kategoriach naukowych, ale także etycznych, moralnych i religijnych. Komu przyznamy uprawnienia do programowania komórek, tworzenia nowych form życia, a nawet wskrzeszania dawno wymarłych organizmów? Konieczność udzielenia odpowiedzi na te pytania zmusi ludzkość do stawienia czoła wielu napięciom gospodarczym, geopolitycznym i społecznym.

Ta książka dotyczy również ciebie i twojego życia oraz decyzji, które będziesz musiał podjąć. Stoimy w obliczu radykalnych zmian – na krawędzi przepaści – i każdy z nas musi odegrać aktywną rolę w tworzeniu własnej przyszłości, już dziś podejmując świadome decyzje na podstawie rzetelnych informacji. Będziesz musiał dokonać wyborów o rozległych konsekwencjach, na przykład czy zsekwencjonować własny genom i co zrobić z tymi danymi. Albo, jeśli planujesz zostać rodzicem, czy chcesz zamrozić jajeczka, skorzystać z technik wspomaganego rozrodu, takich jak zapłodnienie in vitro (IVF), i na podstawie wyników badań gene­tycznych wybrać najsilniejszy z powstałych zarodków. Są to decy­zje, które nam samym są doskonale znane. W rzeczywistości to właśnie one zmusiły nas do napisania tej książki.

Aby zobaczyć, jaką przyszłość może kiedyś wykreować projekt genesis, należy najpierw przyjrzeć się przeszłości. W pierwszej części naszej książki opiszemy genezę biologii syntetycznej oraz historyczne etapy pracy naukowców rozszyfrowujących życie – i ostatecznie manipulujących jego właściwościami – z zamiarem stworzenia organizmów syntetycznych, których rodzicami są komputery. W drugiej części przedstawimy nowy wymiar biogospodarki, stworzony przez projekt genesis i obejmujący nieprzebrane zasoby fantastycznych leków, żywności, powłok przemys­łowych, tkanin, a nawet piwa i wina – jak również potencjalne rozwiązania biotechnologiczne palących problemów, takich jak rozprzestrzenianie się plastiku w oceanach, nasilanie się ekstremalnych zjawisk pogodowych czy też stale aktualne ryzyko pojawienia się groźnych wirusów i kolejnych pandemii. Zajmiemy się również zagrożeniami, jakie stwarza biologia synte­tyczna, od ataków cyberbiologicznych po nieuniknioną przepaść genetyczną, która oddzieli ludzi zamożnych, swobodnie korzystających z dobrodziejstw inżynierii genetycznej, od tych, których nie będzie na to stać. W trzeciej części przyjrzymy się różnym modelom przyszłości. W formie kreatywnych, hipotetycznych scenariuszy zaprezentujemy liczne sposoby, w jakie projekt genesis może zmienić świat. W ostatniej, czwartej części przedstawimy nasze zalecenia co do postępowania, które da pewność, że projekt genesis przyniesie nam najlepszą z możliwych przyszłości.

Najpierw jednak chcemy ci przedstawić młodego mężczyznę imieniem Bill.

Część IPoczątek

Rozdział 1Złym genom mówimy nieNarodziny projektu genesis

Dni wyraźnie się skróciły, a chłodniejsze noce wskazywały nieuchronne nadejście jesieni w Duxbury w stanie Massachusetts, uroczym nadmorskim miasteczku na południe od Bostonu. Bill McBain był utalentowanym uczniem o rozległych zainteresowaniach obejmujących fotografię, matematykę i dziennikarstwo, ale pod innymi względami niczym się nie wyróżniał: pierwszego dnia ósmej klasy nie dało się nie zauważyć, że Bill wystrzelił w górę, podobnie jak jego koledzy i koleżanki. Był teraz wyższy o dziesięć centymetrów. Jednak – w przeciwieństwie do innych dzieci – stracił również na wadze. Podczas gdy jego rówieśnicy zaczynali nabierać nastoletnich kształtów i młodzieńczej muskulatury, Bill był chudy jak patyk – sama skóra i kości.

Codziennie kładł się wcześnie, a rano i tak budził się wyczerpany. Zaczął częściej pić wodę – w ogromnych ilościach – ale zdawało się, że nigdy nie jest w stanie ugasić pragnienia. Był rok 1999 i przezroczyste plastikowe butelki Nalgene nagle stały się szalenie popularne wśród młodzieży szkolnej. Dla Billa Nalgene nie było modnym dodatkiem do jego szkolnego ekwipunku, lecz koniecznością: między lekcjami napełniał butelkę wodą i opróżniał ją w mgnieniu oka. Pewnego razu, wpatrując się w zaznaczoną na butelce podziałkę, Bill – który kochał matematykę – pogrążył się w obliczeniach. Oszacował, że wypija od 15 do 18 litrów wody dziennie.

Kiedy w lutym przyjaciółka rodziców Billa odwiedziła ich w domu, z niepokojem obserwowała, jak chłopiec nieustannie sięga po swoją butelkę. Była pielęgniarką, więc od razu dostrzeg­ła znaki ostrzegawcze i udała się dyskretnie do łazienki, aby potwierdzić swoje przypuszczenia: rzeczywiście, deska sedesowa była lepka w dotyku, a kiedy kobieta nachyliła się, poczuła charak­terystyczną słodkawą i mdlącą woń. Poprosiła rodziców Billa, aby następnego ranka zabrali syna do kliniki na badanie krwi.

Po drodze rodzina zatrzymała się na szybkie śniadanie. Bill zamówił bajgla z cukrem cynamonowym i duży czerwony napój Gatorade. Nie był to najlepszy posiłek przed badaniem poziomu glukozy w surowicy, ale Bill o tym nie wiedział. W klinice lekarz nakłuł palec chłopca malutką igłą i wycisnął kroplę krwi na pasek testowy umieszczony w glukometrze. W ciągu kilku sekund urządzenie zapiszczało, a na ekranie błysnął komunikat „wysoki”. Oznaczało to, że poziom cukru we krwi Billa wzrósł powyżej 500 miligramów na decylitr (mg/dl). Dla porównania, poziom cukru we krwi badany na czczo u osoby z prawidłowo funkcjonującą trzustką zwykle mieści się w przedziale 70–99 mg/dl lub nieco poniżej jednej tysięcznej grama na jedną dziesiątą litra. Innymi słowy, jest ledwo zauważalny, ponieważ organizm zdrowej osoby szybko rozkłada cukier i zamienia go w energię, więc w krwiobiegu nie pozostaje go zbyt wiele. Jeśli zdrowa osoba wykona to samo badanie bezpośrednio po posiłku, wynik pozostanie podwyższony przez kilka godzin – organizm przetwarza wtedy pokarm – ale nie będzie przekraczał poziomu 140 mg/dl.

Lekarz pobrał więcej krwi i wysłał próbkę do laboratorium w celu przeprowadzenia szczegółowych analiz. Wyniki wprost odebrały mu mowę. Kiedy znalazł się z powrotem w swoim gabinecie z Billem i jego rodzicami, usiadł i spoglądał to na wyniki w teczce leżącej na biurku, to na chłopca. Poziom cukru we krwi Billa był szokująco wysoki – 1380 mg/dl, a stężenia sodu, magnezu i cynku tak dalekie od normy, że zmieniło się pH krwi młodego pacjenta. Był o krok od zapadnięcia w śpiączkę cukrzycową, a być może nawet bliski śmierci: taka krew może zabić.

Bill i jego rodzice musieli przejść przyspieszony kurs w zakresie mechanizmów cukrzycy typu 1 i sposobów jej leczenia. Zdrowa trzustka nieustannie wydziela pewne ilości insuliny, hormonu potrzebnego naszym komórkom do wytwarzania energii. Kiedy jesz, twoja trzustka wytwarza dodatkową, większą porcję insuliny, aby spożyty cukier mógł zostać sprawnie zmetabolizowany. Ale trzustka Billa nagle przestała produkować insulinę. Cukrzyca typu 1 zwykle pojawia się w okresie dojrzewania, a Bill miał wszystkie klasyczne objawy: zmęczenie, nadmierne pragnienie, lepko-słodkawy mocz i ciągłą potrzebę korzystania z toalety. Nieodparta potrzeba picia wody była naturalną próbą samoleczenia się ciała: woda miała wypłukiwać niezmetabolizowany cukier z krwi. W końcu jednak w organizmie chłopca doszłoby do zagrażającej życiu reakcji łańcuchowej. Jego ciało zaczęłoby jako źródło energii potrzebnej do przeżycia wykorzystywać tłuszcz, uwalniając przy tym toksyczne związki chemiczne zwane ketonami. Ciała ketonowe, które są bardzo kwaśne, utknęłyby w krwiobiegu Billa, a kiedy ich stężenie osiągnęłoby zbyt wysoki poziom, doszłoby do powikłania w postaci kwasicy ketonowej, zwanej również śpiączką cukrzycową. Gdyby Bill nie otrzymał w tej sytuacji natychmiastowej pomocy, śmierć nadeszłaby bardzo szybko.

Martwiąc się, że w jakiś sposób przyczynili się do choroby syna, rodzice Billa chcieli zrozumieć, co spowodowało jego stan. Zapewnili lekarza, że pospieszne śniadanie składające się ze słodkiego bajgla i Gatorade nie było typowe; rodzina zwykle jadła zdrowe posiłki i była aktywna fizycznie. „To tylko złe geny” – odparł lekarz. Dodał, że naukowcy nie wiedzą dokładnie, dlaczego organizm niektórych osób staje się oporny na insulinę ani dlaczego u niektórych nastolatków – takich jak Bill – trzustka nagle przestaje prawidłowo funkcjonować. Ale była też iskierka nadziei: schemat leczenia polegający na manualnym wykonywaniu zadań, które ciało pacjenta powinno wykonywać automatycznie. Bill musiał zacząć wstrzykiwać sobie lek o nazwie Humulin Regular, syntetyczną ludzką insulinę o szybkim działaniu, podawaną zwykle przed posiłkiem, oraz Humulin NPH, lek długodziałający, który miał zapewnić chłopcu stałą podaż insuliny w nocy[1].

Odkrycie insuliny

Objawy kliniczne cukrzycy typu 1 – częste oddawanie moczu, splątanie, drażliwość, trudności z koncentracją, a czasem śmierć – po raz pierwszy odnotowano ponad 3000 lat temu w Egipcie. Około 1550 roku p.n.e. w ramach leczenia częstomoczu zalecano picie „miarki wody z ptasiego stawu z dodatkiem czarnego bzu, włókien asitu, świeżego mleka, lekkiego piwa, kwiatów ogórka i zielonych daktyli”. Egipscy lekarze już wtedy podejrzewali, że istnieje związek między tym, co ludzie jedzą, a objawami, które dziś są kojarzone z cukrzycą.

Minęło jednak 1500 lat, zanim Areteusz, kapadocki lekarz posługujący się greką, opisał tajemniczą chorobę, która „roztapia ciało i kończyny w mocz”, nazywając ją diabetes od starogreckiego słowa oznaczającego „przeciekanie”. Mniej więcej w tym samym czasie podobnych odkryć dokonywali lekarze w Chinach i Azji Południowej[2].

W roku 1674 Thomas Willis, lekarz z Uniwersytetu Oksfordzkiego, zaczął prowadzić niezależne badania, stosując procedurę, która niewątpliwie może wzbudzać obrzydzenie. (Jeśli akurat coś jesz, możesz pominąć resztę tego akapitu). Prosił bowiem pacjentów z objawami cukrzycy o oddanie moczu do niewielkiej szklanki, po czym wąchał go i pił. Badał w ten sposób, czy mocz pacjenta jest nienaturalnie słodki, prawie tak, jak elektroniczny glukometr oceniał stężenie cukru we krwi Billa[3].

Jednak pełne zrozumienie przyczyn cukrzycy pozostało nieuchwytne przez kilka następnych stuleci. Niektórzy lekarze na początku XX wieku opowiadali się za „dietą głodówkową”, stawiając hipotezę, jakoby całkowite pozbawienie pacjentów podaży cukru mogło skutkować samorzutnym cofnięciem się choroby. Nic dziwnego, że doprowadziło to do jeszcze gorszych problemów – pacjenci nierzadko umierali z głodu, zamiast zdrowieć.

Przełom nastąpił w 1921 roku[4]. W ówczesnym środowisku medycznym uznana – choć niepotwierdzona – teoria głosiła, że za regulację poziomu cukru we krwi odpowiedzialna jest wydzielina trzustki. Kanadyjski lekarz Frederick Banting i jego uczeń Charles Best domniemywali, że enzymy trawienne mogą niszczyć tę wydzielinę, zanim jakikolwiek badacz zdołałby ją pozys­kać. Planowali zatem podwiązać przewody trzustkowe do czasu, aż komórki wytwarzające enzymy obumrą, a następnie przeanalizować to, co pozostało[5]. Niestety żaden z mężczyzn nie był szkolony w zakresie chirurgii, a ich wczesne badania, prowadzone na psach laboratoryjnych, były szczerze mówiąc makabryczne: większość zwierząt nie przeżywała operacji. Zaczęli więc kupować bezdomne psy na czarnym rynku i z czasem udało im się usunąć trzustkę bez zabijania zwierzęcia. Następnie zamrozili narząd, zmęłli go na pastę, odfiltrowali i wstrzyknęli pozyskany płyn temu samemu psu. Co trzydzieści minut pobierali próbki krwi, aby sprawdzić, czy poziom glukozy uległ jakiejkolwiek zmianie. Ku ich zaskoczeniu poziom cukru we krwi zwierzęcia powrócił do normalnego poziomu – mimo że biedna psina była pozbawiona trzustki. Badacze zaobserwowali wymierne zmiany związane z działaniem substancji, którą dziś znamy jako insulinę[6].

Jeśli leczenie zadziałało u psów, czy mogło zadziałać również u ludzi? Tak. Ale znalezienie zdrowej trzustki nieżyjącego człowieka – nie wspominając już o regularnym pozyskiwaniu tysięcy narządów w miarę rosnącego zapotrzebowania, gdyby leczenie okazało się skuteczne – stanowiło oczywisty problem. Banting i Best wraz z powiększonym zespołem badawczym postanowili zatem wykorzystać gruczoły bydlęce. Zamówili trzustki w miejscowym zakładzie mięsnym i przepuścili je przez młynek przemysłowy: wyobraź sobie ogromną maszynę obsługiwaną przez pracownika w obszernych rękawicach, który wpycha gruczoł po gruczole do wielkiego lejka, i zmiażdżoną tkankę wyciskaną przez otwór wylotowy do podstawionego pojemnika.

Badacze pozyskali insulinę, oczyścili ją i wstrzyknęli nastoletniemu chłopcu, takiemu jak Bill – pacjent miał czternaście lat, chorował na młodzieńczą cukrzycę i umarłby bez interwencji. Stan chłopca radykalnie się poprawił. W wielkodusznym i zapo­biegliwym geście zespół badawczy udzielił firmom farmaceutycznym licencji na bezpłatne powielanie efektów swojej pracy, zapoczątkowując tym samym rozkwit komercyjnej produkcji insuliny. Banting, Best i ich zespół badawczy zdobyli w 1923 roku Nagrodę Nobla w uznaniu za ich wkład w zmianę jakości życia milionów ludzi na całym świecie[7]. Jednak na przestrzeni lat liczba przypadków cukrzycy rosła, a podaż krowich trzustek nie była nieograniczona.

Narodziny biotechu

Wstrzykiwanie insuliny bydlęcej było skuteczne, ale w rzeczywistości nie rozwiązało problemu „złego genu”, o którym wspom­niał lekarz Billa. Nie pomagało też rosnącej liczbie dorosłych pacjentów, u których diagnozowano cukrzycę typu 2. W przypadku tej postaci cukrzycy naukowcy wskazują na niekorzystny wpływ czynników środowiskowych, w tym otyłości, braku aktywności i nadmiernego spożycia słodyczy, a także na indywidualne predys­pozycje do rozwoju choroby. To dlatego u pozornie sprawnych, wysportowanych ludzi mogą pojawić się te same znaki ostrzegawcze, co u Billa. Istnieją teorie dotyczące potencjalnych źródeł nieprawidłowości: czasami funkcje układu odpornościowego, który normalnie zwalcza szkodliwe wirusy i bakterie, ulegają zaburzeniu i organizm omyłkowo zaczyna niszczyć własne komórki produkujące insulinę. Inne teorie mówią o istnieniu wirusa wywołującego cukrzycę lub sugerują, że choroba może być drugo­rzęd­nym efektem obecności wirusa, który niepostrzeżenie atakuje organizm w inny sposób. Przez ostatnie sto lat standardowe leczenie polegało na zalecaniu pacjentom kontrolowania tego, co jedzą i ile energii wydatkują, albo poprzez tradycyjne liczenie kalorii, albo, od niedawna, za pomocą cyfrowych systemów monitorujących stężenie glukozy. Odpowiednio dobrane leki, w tym insulina i pigułki, utrzymują poziom cukru we krwi pacjentów w prawidłowym zakresie.

Przeszliśmy długą drogę od miażdżenia i filtrowania krowiej trzustki w celu uzyskania insuliny do zaawansowanych technicznie pomp i syntetycznej ludzkiej insuliny, których Bill używa w dorosłym życiu. Jak do tego doszło? Wkrótce po tym, jak Banting i Best udowodnili, że insulina bydlęca jest skuteczna, firma farmaceutyczna Eli Lilly zaczęła ją produkować w celach komercyjnych, ale w 1923 roku proces ten był powolny, kosztowny, a po­nadto pojawił się niespodziewany problem w łańcuchu dostaw: tempo, z jakim dodawano nowe nazwiska do list oczekujących na insulinę, było niewspółmierne do możliwości rolników w zakresie hodowli i uboju bydła[8]. Badacze odkryli co prawda inne opcje, które działały u ludzi – użyteczną insulinę pozyskiwano również z trzustek wieprzowych – ale brakowało zrównoważonego sposobu wytwarzania surowca na rozsądną skalę. Potrzeba było ponad 3600 kilogramów gruczołów trzustkowych – co wymagało pozyskania mniej więcej 23 500 narządów – aby wyprodukować około pół kilograma insuliny. Taka ilość wystarczyła na wy­pro­du­kowanie 400 000 fiolek insuliny, które z kolei wystarczały na leczenie 100 000 pacjentów miesięcznie. To niewiele, biorąc pod uwagę rosnący popyt[9]. Do roku 1958 około 1,6 miliona ludzi potrzebowało insuliny; w samych Stanach Zjednoczonych liczba ta przekroczyła 5 milionów do 1978 roku[10]. Oznaczało to, że firma Eli Lilly musiałaby pozyskiwać trzustki z 56 milionów zwierząt rocznie tylko po to, aby zapewnić Amerykanom wystarczającą ilość insuliny. Trzeba było znaleźć alternatywne rozwiązanie, i to szybko.

W 1977 roku, tuż przed śmiercią, Eli Lilly Jr., którego dziadek założył firmę noszącą jego nazwisko, podjął strategiczną inicjaty­wę na rzecz rozwiązania problemu podaży trzustek[11]. Skoro można było wykorzystywać narządy krów i świń, to z pewnością trzustki wielu innych zwierząt też były odpowiednie. Mężczyzna zawarł więc umowy z kilkoma uczelniami, w tym z Harvardem i Uniwer­sytetem Kalifornijskim w San Francisco, na opracowanie nowych prototypów insuliny z wykorzystaniem trzustek innych zwierząt. Instytucje te rozpoczęły prace nad szczurzymi wersjami insuliny, a Lilly Jr. obiecał lukratywny kontrakt pierwszej instytucji, która znajdzie rozwiązanie problemu podaży narządów i ostatecz­nie przyspieszy produkcję leku[12].

Ale pewna grupa badaczy miała całkowicie odmienny pomysł na przyszłość, taki, który w ogóle nie zakładał pobierania narządów. Gdyby cukrzyca pozostała nieuleczalna, a liczba chorych ciągle by rosła, zarówno Eli Lilly, jak i pozostali giganci farmaceutyczni w pewnym momencie ponownie stanęliby w obliczu problemu z podażą.

Wspomniana grupa badaczy utrzymywała, że w dłuższym horyzoncie czasowym uda się rozwiązać nie jeden, lecz dwa problemy. Pierwszy problem – kwestię podaży – można było zlik­widować, wykorzystując do produkcji ludzkiej insuliny zmodyfikowane komórki bakteryjne, zamiast pozyskiwać ją z żywego inwentarza. Drugą kwestią, którą można było zająć się w przyszłości, było przeprogramowanie „złych genów”, tak aby zachowywały się prawidłowo. Badacze z Harvardu, Uniwersytetu Kalifornijskiego i startupu o nazwie Genentech korzystali z tej samej technologii – rekombinacji DNA (rDNA). Jednak tym, co wyróżniało tych ostatnich, był fakt, że zdecydowali się od razu przejść do klonowania i ekspresji ludzkiej insuliny w szczepach bakterii E. coli.

Genentech działał na rynku dopiero od roku, a tamtejsi nau­kowcy pracowali nad nową, kontrowersyjną metodą zwaną rekom­binacją DNA. Podczas gdy uznane uczelnie i firmy farmaceutyczne, w których roiło się od badaczy zasłużonych w dziedzinie biomedycyny, dopracowywały standardowe, nieco wyświechtane już praktyki, Genentech majstrował na poziomie molekularnym, wprowadzając do komórek fragmenty obcego DNA[13]. DNA lub kwas dezoksyrybonukleinowy jest materiałem genetycznym wszystkich żywych organizmów, a rekombinacja DNA umożliwia łączenie DNA dwóch różnych gatunków – na przykład ludzkiego i bakteryjnego – w celu potencjalnego ulepszenia pierwotnego materiału genetycznego[14].

Chociaż Genentech odniósł kilka wczesnych sukcesów w 1977 roku, elity środowiska naukowego nie traktowały go poważnie. Powodów było kilka. Po pierwsze, „syntetyzowanie” materiału genetycznego było utożsamiane z „klonowaniem”, a zatem zdawało się nieść dalsze zagrożenia, jak choćby możliwość modyfikacji genetycznej u ludzi. Biorąc pod uwagę postępy w zakresie kolejnej kontrowersyjnej technologii – zapłodnienia metodą in vitro (IVF) – niektórzy wieszczyli przyszłość, w której projektuje się dzieci o pożądanym kolorze włosów i oczu, muskulaturze i innych cechach. W tamtym momencie snuto szalone, dystopijne wizje i zaciekle opierano się zmianom[15]. W rezultacie technologia rDNA zaproponowana przez Genentech została uznana za wysoce nieortodoksyjną i wymagającą pogłębionej analizy.

Co gorsza, badania biotechnologiczne Genentechu były finansowane przez inwestorów venture capital, a nie rząd federalny, a to stanowiło kolejny sygnał ostrzegawczy dla establishmentu. Startup venture capital, znany wówczas jako Kleiner Perkins Caufield & Byers, rzekomo zainwestował milion dolarów w rozwój Ge­nen­techu w ramach finansowania zalążkowego (około 4,6 miliona dolarów dzisiaj po uwzględnieniu inflacji)[16], [17]. Partnerzy również byli nowicjuszami w swojej dziedzinie i interesowali się głównie półprzewodnikami. Postawili na wizję przyszłości roztoczoną przez Genentech – a Genentech podjął ryzyko współpracy z podmiotem finansującym, który, w przeciwieństwie do rządu federalnego, wymagał zwrotu z inwestycji.

Jak większość startupów, Genentech nie wydawał pieniędzy na zbytki i wygody. Mniej więcej w tym samym czasie, kiedy Steve Jobs i Steve Wozniak budowali komputery w garażu, zespół naukowców Genentechu założył laboratorium biochemiczne w magazynie lotniczym w zdecydowanie mało atrakcyjnym, przemysłowym rejonie South San Francisco. Genentech odniósł kilka wczesnych sukcesów w zakresie wykorzystania rDNA. W firmowych laboratoriach zsyntetyzowano inny hormon trzustkowy – somatostatynę, która działa regulująco na układ hormonalny. Kiedy rozeszła się wieść o wyzwaniu insulinowym rzuconym przez Eli Lilly, badacze Genentechu pomyśleli, że mogą mieć skuteczne – choć całkowicie odmienne – rozwiązanie problemu z zaopatrzeniem.

Biorąc pod uwagę, że podejście Genentechu stało w sprzeczności z konwencjonalnym myśleniem, uczelnie badawcze raczej nie ustawiały się w kolejce do współpracy ani udostępnienia swoich laboratoriów. Jeśli Genentech miał stanąć do rywalizacji, musiał zrekrutować naukowców gotowych przesuwać granice. Potencjalne korzyści były ogromne, ale to nie był konkurs ze srebrnymi i brązowymi medalami: Eli Lilly było zainteresowane tylko tym, który zespół jako pierwszy dostarczy bezpieczny, skalowalny produkt. Genentech mógł albo zrobić to najszybciej i wygrać kontrakt, albo skończyć z pustymi rękami, włożywszy w swoje badania ogrom wysiłku.

Eksperyment wymagałby całodobowej pracy i udoskonalenia metody splicingu, którą Genentech zastosował po raz pierwszy przy okazji prac nad somatostatyną. Lilly zapewnił dodatkowe fundusze, a założyciele laboratorium powiększyli swój zespół o młodych naukowców, którzy dopiero co uzyskali swoje dyplomy. Zamiast tradycyjnej kohorty badaczy Genentech stworzył supergrupę o szerokim zakresie specjalizacji, złożoną między innymi z chemików organicznych (Dennisa Kleida i Davida Goed­dela, którzy pracowali nad klonowaniem DNA w Stanford Research Institute), biochemika (Roberto Crei, specjalizującego się w modyfikacji nukleotydów), genetyka (Arthura Riggsa, który dokonał ekspresji pierwszego sztucznego genu w komórkach bakterii) oraz biologa molekularnego i komórkowego (Keiichiego Itakury, który odegrał zasadniczą rolę w rozwoju technologii rekombinacji DNA)[18], [19].

Wyzwanie, z jakim musiał zmierzyć się Genentech, podejmując próbę zsyntetyzowania cząsteczki insuliny, polegało na tym, że zawierała ona wyjątkowo długie łańcuchy aminokwasów – podczas gdy somatostatyna była zbudowana z czternastu aminokwasów, insulina miała ich aż pięćdziesiąt jeden. Co więcej, była zbudowana z dwóch łańcuchów polipeptydowych, A i B, połączonych ze sobą chemicznie. Naukowcy musieliby odtworzyć obydwa łańcuchy poprzez złożenie właściwych fragmentów DNA, przeszczepić je do dwóch różnych szczepów bakterii i zhakować bakteryjną maszynerię komórkową, tak aby zaczęła syntetyzować nowe łańcuchy. Bez tego ani rusz. Białka – które katalizują większość reakcji w żywych komórkach i kontrolują praktycznie wszystkie procesy komórkowe – stanowiły klucz do produkcji insuliny.

Jednak nawet gdyby badaczom udało się połączyć pięćdziesiąt jeden aminokwasów – molekuł, z których zbudowane jest białko – w idealnej kolejności, musieliby je przecież odtworzyć, aby móc wyprodukować insulinę[20]. Wymagałoby to chemicznego połączenia właściwych fragmentów sekwencji DNA, przeszczepienia ich do komórek bakterii i zmuszenia drobnoustrojów do wytwarzania zsyntetyzowanych łańcuchów insuliny. Niełatwe zadanie. Gdyby wszystko poszło zgodnie z planem, należałoby jeszcze oczyścić łańcuchy insuliny, zrekombinować je, aby utworzyć kompletną cząsteczkę, a następnie mieć nadzieję, że byłaby ona identyczna z cząsteczką wytwarzaną przez ludzką trzustkę.

To była próba lotu na Księżyc na poziomie komórkowym, podjęta przez niewielką grupę naukowców z niedostatecznymi zasobami – ludzi, których wizje przyszłości były dla niektórych zdumiewające, a dla innych wręcz niebezpieczne. Złożoność zadania i zakres konkurencji zmusiły członków zespołu badawczego do potajemnej pracy we własnych domach lub w starym, zapomnianym magazynie, z dala od uświęconych murów Harvardu i Uniwersytetu Kalifornijskiego. Stres był olbrzymi, a termin bezlitosny. Po pierwsze, zespół musiał stworzyć syntetyczny gen z dokładnie odwzorowaną sekwencją DNA, który mógłby posłużyć za instrukcję do syntezy białka. Następnie trzeba było umieścić ten gen we właściwym DNA drobnoustroju, który odczytałby instrukcje i wytworzył pożądane białko – w tym wypadku insulinę.

Zespół nieustępliwie mieszał odczynniki i raz po raz testował różne permutacje, próbując uzyskać właściwą sekwencję. Naukowcy musieli również skupić się na samej bakterii, aby precyzyjnie określić, w które miejsce genomu E. coli należy wbudować syntetyczny gen, aby wyprodukować potrzebne białko. Cały proces przypominał telewizyjne reality show dla cukierników, w którym sędziowie dają uczestnikom pudełko pełne składników, drugie pudełko pełne przyborów kuchennych i piekarnik, po czym każą im upiec dwunastowarstwowe ciasto czekoladowe – w szaleńczym tempie, w starej, zaniedbanej kuchni i bez żadnych instrukcji.

A jednak wczesnego ranka 21 sierpnia 1978 roku – znacznie wyprzedzając konkurencję i ku wielkiemu zaskoczeniu wszystkich (w tym członków własnego zespołu) – naukowcy Genentechu wyjęli z piekarnika idealny wypiek[21]. Udało im się stworzyć dokładnie odwzorowaną sekwencję DNA, odpowiednio poinstruować komórkę bakterii i skłonić ją do wykonania polecenia – wyprodukowania ludzkiej insuliny. Były to narodziny biotechnologii i początek nowej dziedziny nauki zwanej biologią syntetyczną.

Eli Lilly podpisało wielomilionowy, dwudziestoletni kontrakt z Genentechem na opracowanie i wprowadzenie na rynek pierwszego na świecie produktu biotechnologicznego: Humulinu, który został pozytywnie zaopiniowany przez amerykańską Agencję ds. Żywności i Leków (FDA) w 1982 roku[22].

[1] Amy Webb, All the Pregnancies I Couldn’t Talk About, „The Atlantic”, 21 października 2019.

[2] Heidi Ledford, Five Big Mysteries About CRISPR’s Origins, „Nature News”, 19 stycznia 2017, 541, nr 7637, s. 280, https://doi.org/10.1038/­541280a.

[3]Daily Updates of Totals by Week and State, Centers for Disease Control and Prevention, www.cdc.gov/nchs/nvss/vsrr/covid19/index.htm.

[4] Julius Fredens, Kaihang Wang, Daniel de la Torre, Louise F.H. Funke, Wesley E. Robertson, Yonka Christova, Tiongsun Chia i in., Total Synthesis of Escherichia coli with a Recoded Genome, „Nature”, 1 maja 2019, 569, nr 7757, s. 514–518, https://doi.org/10.1038/s41586-019-1192-5.

[5] Embriette Hyde, Why China Is Primed to Be the Ultimate SynBio Market, „SynBioBeta”, 12 lutego 2019, https://synbiobeta.com/why-china­-is-primed-to-be-the-ultimate-synbio-market.

[6] Thomas Hout, Pankaj Ghemawat, China vs the World: Whose Techno­logy Is It?, „Harvard Business Review”, 1 grudnia 2010, https://hbr.org/2010/12/china-vs-the-world-whose-technology-is-it.

[1] Wywiad przeprowadzony przez Amy Webb z Billem McBainem 9 października 2020.

[2] Awad M. Ahmed, History of Diabetes Mellitus, „Saudi Medical Journal”, kwiecień 2002, 23, nr 4, s. 373–378.

[3] Jacob Roberts, Sickening Sweet, „Science History Institute”, 8 grudnia 2015, www.sciencehistory.org/distillations/sickening-sweet.

[4] L.J. Dominguez, G. Licata, The discovery of insulin: what really happened 80 years ago, „Annali Italiani di Medicina Interna”, wrzesień 2001, 16, nr 3, s. 155–162.

[5] Robert D. Simoni, Robert L. Hill, Martha Vaughan, The Discovery of Insulin: The Work of Frederick Banting and Charles Best, „Journal of Biological Chemistry”, 28 czerwca 2002,277, nr 26, https://doi.org­/10.1016/S0021-9258(19)66673-1.

[6] Robert D. Simoni, Robert L. Hill, Martha Vaughan, op. cit.

[7] The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1923, Nobel Prize, www.nobelprize.org/prizes/medicine/1923/summary.

[8]100 Years of Insulin, Eli Lilly and Company, www.lilly.com/discovery/100-years-of-insulin.

[9]Two Tons of Pig Parts: Making Insulin in the 1920s, National Museum of American History, 1 listopada 2013, https://americanhistory.si.­edu/blog/2013/11/two-tons-of-pig-parts-making-insulin-in-he-1920s.html.

[10]Statistics About Diabetes, American Diabetes Association, www.dia­­betes.org/resources/statistics/statistics-about-diabetes.

[11]Eli Lilly Dies at 91, „New York Times”, 25 stycznia 1977, www.nytimes.com/1977/01/25/archives/eli-lilly-dies-at-91-philanthropist-and-exhead-of-drug-company.html.

[12]Cloning Insulin, Genentech, 7 kwietnia 2016, www.gene.com/stories/cloning-insulin.

[13]Our Founders, Genentech, www.gene.com/about-us/leadership/our-founders.

[14] Victor K. McElheny, Technology: Making Human Hormones with Bacteria, „New York Times”, 7 grudnia 1977, http://timesmachine.nytimes.com/timesmachine/1977/12/07/96407192.html.

[15] Victor K. McElheny, Coast Concern Plans Bacteria Use for Brain Hormone and Insulin, „New York Times”, 2 grudnia 1977, www.nytimes.com/1977/12/02/archives/coast-concern-plans-bacteria-use-for­-brain-hormone-and-insulin.html.

[16]Kleiner-Perkins and Genentech: When Venture Capital Met Science, https://store.hbr.org/product/kleiner-perkins-and-genentech-when-venture-capital-met-science/813102.

[17] Obecna wartość dolara z 1976 roku – kalkulator inflacji, https://www.inflationtool.com/us-dollar/1976-to-present-value?amount=1000000.

[18] K. Itakura, T. Hirose, R. Crea, A.D. Riggs, H.L. Heyneker, F. Bolivar, H.W. Boyer, Expression in Escherichia coli of a Chemically Synthesized Gene for the Hormone Somatostatin, „Science”, 9 grudnia 1977, 198, nr 4321, s. 1056–1063, https://doi.org/10.1126/science.412251.

[19]Genentech, Kleiner Perkins, www.kleinerperkins.com/case-study/genentech.

[20]Cloning Insulin, op. cit.

[21]Cloning Insulin, op. cit.

[22] Suzanne White Junod, Celebrating a Milestone: FDA’s Approval of First Genetically Engineered Product, https://www.fda.gov/media/110447/download.