Главный биотехнолог DARPA: «2017 год вынесет нам мозг»
Научно-исследовательское подразделение Пентагона DARPA — та самая движущая сила, что стояла за Интернетом и GPS — три года назад переформировала себя, чтобы создать новый офис, посвященный разгадке производственных секретов биологии. Новый офис биологических технологий (BTO) поставил перед собой задачу "использовать силу биологических систем" и разработки новых оборонных технологий, конечно. За прошедший год, получив бюджет почти в 300 миллионов долларов, он исследовал проблемы улучшения памяти, симбиоза машин и людей и ускорения обнаружения заболеваний и отклика на них.
DARPA, или Управление перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США, надеется на мощную отдачу. Директор BTO, исследователь нейропротезирования Джастин Санчес, рассказал Scientific American, чего ожидать от его отдела в 2017 году, включая работу над нейронными имплантатами для помощи здоровым людям в их повседневной жизни и других технологиях, которые, по его словам, "изменят правила игры" в медицины. Интересно, чем занимается новейший офис оборонного агентства США? Мне да. Давайте послушаем Санчеса.
Перед тем, как в апреле 2014 года был создан ваш отдел, DARPA уже работало над некоторыми биологическими проектами, включая исследования возможностей борьбы с устойчивостью к антибиотикам и вмешательство в область психического здоровья. Что изменилось с созданием вашего офиса?
Мы ведем биологическую работу — на стыке биологии и инженерии — много лет, но она была разбросана по нашим другим отделам. Этот офис стал признанием того, что биологические технологии собираются играть важнейшую роль не только в направлении движения нашей страны, но и других стран, поэтому нам нужно было сосредоточить всеобъемлющие усилия и отправиться вперед.
Я особенно заинтригован надежной BTO разработать программируемых микробов, чтобы производить необходимые лекарства на лету — и обойти тем самым вопросы накопления запасов нужных лекарств или сложной транспортной логистики. Звучит удивительно. На каком этапе эта работа сейчас?
Эта программа называется "живые литейные" — словно мы собираемся отливать что-то живое. Традиционно мы используем химию для создания новых соединений или новых лекарств. Но в последнее время мы поняли, что микробы вроде дрожжей и бактерий тоже могут производить соединения, а мы можем программировать их для создания этих соединений, сперва поняв, какие химические дорожки они используют. Взять, к примеру, дрожжи. Дрожжи используют сахар для получения спиртов самым разным образом. Если же перепрограммировать эти дорожки, можно было бы заставить дрожжи создавать множество других соединений, которые они изначально производить не умели, а мы все так же будем использовать то же исходное сырье: сахар.
Наши команды разрабатывают генетические коды, при помощи которых можно будет перепрограммировать дрожжи. Эта идея может перевернуть наш процесс производства соединений. Перед программой стоит задача произвести 1000 новых молекул на протяжении программы (которой осталось три года) и наши команды хорошо справляются. Я думаю, они уже произвели порядка 100 новых соединений, которые производятся дрожжами. Это как взять биологию и поженить ее на инженерных инструментах, а затем создать с их помощью нечто.
Таким образом, вы в самом начале пути создания соединений?
Да. Все они производятся милиграммами, но в конечном итоге программа начнет производить килограммы их.
Если мы сможем создать эти совершенно новые литейные для создания соединений, мы сможем перевернуть как производство лекарств, так и немедицинские подходы, потому что это платформа. Какое бы соединение вас ни интересовало, возможностей масса.
Как выборы нового президента и Конгресс при республиканцах повлияют на вашу работу?
Мы обычно не попадаем в переплет таких вещей. Миссия DARPA остается неизменной вне зависимости от политического климата. Наша миссия состоит в создании прорывных технологий для национальной безопасности. Это наша работа и роль — думать впереди всего мира о науке и технологиях. Думаю, эта миссия выходит за пределы политического ландшафта. У нас очень строгая миссия и мы пытаемся обезопасить свою страну, так что этот цикл выборов всего лишь один из многих.
Какой проект BTO больше всего восхищает вас в 2017 году?
Это как с детьми — нельзя завести одного любимчика. У меня много фаворитов. Позвольте мне поделиться некоторыми, которые будут особенно важны в 2017 году. Во-первых, это область под названием "опережение инфекционных заболеваний". Наш нынешний подход, когда новый возбудитель подплывает к нашим берегам, не очень эффективен. Мы хотим быть на шаг впереди любого патогена, который может показаться у наших берегов и даже иметь возможность предсказать пандемию. Мы разрабатываем новые подходы к иммунизации с использованием ДНК и РНК. В частности, мы думаем о том, как нуклеиновая кислота помогает в иммунизации. Идея состоит в том, что вы можете сказать своим клеткам производить антитела с нужным кодом, который будет эффективен против определенного возбудителя. Все сводится к тому, чтобы научить клетки реагировать на патоген — и это откроет для нас почти мгновенный иммунитет против определенного патогена и возможность бороться с ним на равных.
Если противопоставить это традиционному способу борьбы с инфекционными заболеваниями, на которую уходят месяцы — если не годы — включая не только выявление возбудителя, но и создание вакцины в достаточном количестве, этот метод может быть гораздо быстрее. Необходим радикальный подход в создании этой фундаментальной технологии, в применении ДНК- и РНК-подходов в борьбе с инфекционными заболеваниями. Я надеюсь, нам будет о чем заявить в 2017 году.
О чем, например, заявить?
Мы уже добились неплохих результатов в экспериментах на мышах, которые показали, что подходы с нуклеиновыми кислотами работают хорошо. Мы начинаем проводить безопасные эксперименты на людях. Это первые шаги. В грядущем году мы начнем создавать новые программы для этих платформ. Мы не спешим с заявлениями, потому что если у нас получится, это в корне перевернет сам принцип борьбы с инфекционными заявлениями.
За последние несколько лет было много шума вокруг управляемых силой мысли протезов и экзоскелетов. Как BTO DARPA вписывается в это пространство?
Мы в значительной степени увлечены этой областью. Не так давно мы поставили два первых коммерчески доступных протеза Luke, самые продвинутые протезы в мире. Это большой шаг в управляемых мозгом протезах, но мы не намерены останавливаться на достигнутом.
Думаю, в будущем будет широкое разнообразие устройств, которыми можно управлять за счет активности нейронов, причем это смогут делать не только пострадавшие, но и обычные люди. Мы хотели бы уже в 2017 году призвать к использованию нейронных технологий в повседневной жизни.
В самом деле? Какого рода приложения могли бы использовать здоровые люди в повседневной жизни?
Мне действительно интересно, как нейронные технологии могли бы изменить наше взаимодействие между собой, как мы общаемся и даже принимаем решения. Я думаю о когнитивной помощи. Есть масса идей, как можно было бы помочь самым разным людям. Дверь могла бы просто открываться при одной мысли об этом — и это лишь самое простое применение подобных технологий.
Не так давно DARPA проводило исследование, которое было опубликовано в журнале Neuron, посвященное тому, что глубокая стимуляция мозга не привела к улучшению памяти — и даже ухудшила ее. Но в предыдущем исследовании, которое проводилось несколько лет назад, были противоположные выводы: стимуляция улучшила память. Что это означает для работы вашего отдела в этой области?
Нейротехнологии — это очень большая область в нашем офисе. Мы добились больших успехов по медицинской части, показав, что прямые нейронные интерфейсы (связи между мозгов и устройством вроде нейростимулятора, компьютера или протеза) могут восстанавливать движение, ощущение и здоровье с психоневрологическими расстройствами. Что примечательно, при всем уважении ко многим исследованиям, многие люди думают, что можно выделить важную область мозга, простимулировать ее и волшебным образом получить ответ. Но это не так. Когда вы создаете карту происходящего в мозге, как выяснилось, если вы не отправите правильные коды в мозг, вы не получите улучшение памяти и даже можете ее ухудшить. Но фокус в том, что если вы отправите правильные коды, вы получите существенные улучшения в декларативной памяти. Так что это палка о двух концах. Необходимо углубленное исследование в следующем поколении изучения мозга.
Не могли бы вы прояснить, что имеете в виду под "кодом"?
Код это несколько вещей. Это точное срабатывание отдельных нейронов. Скажем, у вас есть 100 нейронов и все они зажигаются в разное время в разных местах — и все эти включения и выключения можно интерпретировать как попытку вспомнить слово "Нэнси" или "дерево". Мы можем понять, что означают эти схемы активации и как они связаны с реальным миром. Все эти нейронные схемы активации вместе производят волны или ритмы мозга, и на этом уровне мы также изучаем мозг. Важно понимать все эти различные клеточки мозга, потому что он так работает.
У вашего отдела есть также программа "биохроничности", которая исследует роль времени в биологических функциях и пытается управлять воздействием времени на физиологию человека.
Мы теряем так много из-за того, что не понимаем биологию. Думаю, наше понимание биологии сильно растет. И наша способность взаимодействовать с биологией, используя технические методы, изменит наше отношение к телу, мозгу и иммунной системе. Думаю, у нас будет удивительное будущее. 2017 год вынесет нам всем мозги.
