"Российская Академия Наук" - читать интересную книгу автора (Турчин Алексей)

А.В. Турчин

2.3. Биологическое оружиие

Общие соображения и основные сценарии

Фактически, большая часть технологий, необходимых для создания опасного биологического оружия, уже готова. Например, в конце 2007 года был предложен набор из базовых «кубиков» для генетического конструирования, распространяемый по принципам свободного программного обеспечения Genetic-Engineering Competitors Create Modular DNA Dev Kit . «В 2003 году ученые из Института альтернативной биологической энергии (США) под руководством знаменитого Крейга Вентера синтезировали из общедоступных реактивов вполне живой бактериофаг phi-X174 (безопасный для человека и животных вирус, который внедряется в бактерию Esherichia coli)… В 2002 году Экарт Уиммер из университета Стони Брук, штат Нью-Йорк, опубликовал работу по синтезу вируса полиомиелита из кусочков молекул. Синтетические вирусные частицы оказались совершенно неотличимы от естественных по всем параметрам – размеру, поведению, заразности. Причем слово «синтез» применимо к этой работе в самом буквальном смысле: зная нуклеотидную последовательность, ученые шаг за шагом построили вирус совершенно так же, как химики синтезируют сложные молекулы. Сам синтез занял у группы три года. А в 2003 году, через год после публикации этой работы, ученые из Института альтернативной биологической энергии потратили на синтез бактериофага из заказанных по каталогу реактивов всего две недели» .

Основная технологическая тенденция состоит в том, что био-оборудование постоянно дешевеет и распространяется по миру, тогда как знания о том, как использовать его во вред, возрастают и тоже распространяются. Постоянное удешевление и упрощение машин для секвенсирования и синтеза ДНК (то есть считывания и создания генетического кода), делает возможным появление биохакеров. Прогресс в области био-оборудования измеряется скоростью порядка 2 раза в год – то есть технические характеристики возрастают, а оборудование дешевеет. Нет никаких оснований думать, что темп развития биотехнологий замедлится – отрасль полна новыми идеями и возможностями, а медицина создаёт постоянный спрос, поэтому можно смело утверждать, что через десять лет возможности биотехнологий по основным численным показателям (цена секвенсирования/синтеза ДНК, например) возрастут в 1000 раз. При этом происходит интенсивная демократизация биотехнологий – знание и оборудование идёт в массы. Если для компьютеров уже написано более 100 000 вирусов, то масштабы творчества биохакеров могут быть не меньшими.

Основной однофакторный сценарий биологической катастрофы – это распространений некого одного вируса или бактерии. Это распространение может происходить двояко – в виде эпидемии, передающейся от человека к человеку, или в виде заражения среды (воздуха, воды, пищи, почвы). Эпидемия гриппа испанки 1918 г. затронула весь мир, кроме нескольких отдалённых островов. Вместе с тем, гипотеза об эпидемии, убивающей всех людей, сталкивается с двумя проблемами. Первое, это то, что если все люди быстро гибнут, то некому разносить вирус. Второе, это то, что при всех эпидемиях обычно находятся люди, которые имеют врождённый иммунитет к ней.

Возможен сценарий, когда по всему миру распространяется некое животное, являющееся носителем опасной бактерии. (Так в природе распространяется малярия на комарах и чума на крысах.)

Следующий вариант – это появление всеядного агента, который уничтожает всю биосферу, поражая любые живые клетки. Или хотя бы только растения или животных некого критического вида.

Ещё вариант – это бинарное бактериологическое оружие. Например, туберкулёз и СПИД являются хроническими болезнями, но при одновременном заражении человек сгорает за короткий срок. Один из страшных сценариев – СПИД, который распространяется также легко, как простуда.

Опасно возможно и двухступенчатое биологическое оружие. На первом этапе некая производящая токсин бактерия незаметно распространяется по всему миру. На втором, по некому сигналу или таймеру, она начинает производить этот токсин сразу повсюду на Земле. Некоторые микроорганизмы ведут себя так при атаке на крупный организм.

Следующий вариант оружия конца света – это распыление в воздухе больших количеств спор сибирской язвы (или подобного агента) в защитной оболочке (а такие оболочки уже давно имеются для боевых штаммов). Этот вариант не требует саморазмножающегося болезнетворного агента. Заражение сибирской язвой очень длительное – один остров в Англии дезактивировали 50 лет, – и для заражения не требуется больших количеств реагента. 1 грамм может заразить целое здание. (Например, устранение последствий загрязнения одним конвертом с сибирской язвой в США одного здания заняло несколько лет и потребовало расходов в сотни миллионов долларов – дешевле было снести – но снести было нельзя, так как при этом споры могли бы заново распылиться. То есть по способности к длительному заражению и нанесению экономического ущерба сибирская язва превосходит большинство радиоактивных веществ.)

Однако опять же в пересчёте на земную поверхность мы получаем тысячи тонн. Но это число не является недостижимым – в СССР на полигоне в Аральском море было накоплено и брошено после распада СССР 200 тонн боевого штамма сибирской язвы. Его затем сожгли американцы. Однако если из-за природной катастрофы (смерч) это вещество развеялось бы высоко в воздух, то оно могло бы накрыть целые страны. Понятно, что производство сибирской язвы дешевле производства аналогичных количеств полония или кобальта-60.

Следующий опасный вариант биооружия – это агент, изменяющий поведение. Вирус бешенства (агрессивность, укусы) и токсоплазма (утрата чувства страха) побуждают заражённых животных к поведению, которое способствует заражению других животных. Теоретически можно представить себе агент, который вызывал бы у людей наслаждение и стремление заражать им других. В кино этот вариант обыгран во множестве фильмов, где вирус превращает людей в вампиров. Но увы, в этой фантазии может быть доля правды. Тем более, если создавать такие вирусы будут шутники-хакеры, которые могут черпать в кино своё вдохновение.

Ещё один вариант биологической угрозы – это некая автокаталитическая молекула, способная неограниченно распространяться в природе. Коровье бешенство вызывается автокатализом особого белка, называемого прионом. Однако коровье бешенство распространяется только через мясо.

Отметим ещё вариант распространения по всей биосфере некого живого существа, вырабатывающего опасный токсин. Например, это может быть генетически модифицированный дрожжи или плесень, вырабатывающие диоксин или токсин ботулизма.

В качестве средства противостоянию этому предлагается создание всемирной иммунной системы – то есть распыление по всему миру множества генетически модифицированных бактерий, которые будут способны обезвреживать опасные реагенты. Однако здесь возможны новые опасности, например, «автоиммунные» реакции такого щита, то есть выход его из-под контроля. (См. далее главу о щитах.)

Ещё одним видом опасности является так называемая «искусственная жизнь», то есть живые организмы, построенные с использованием другого кода ДНК или набора аминокислот. Они могут оказаться непобедимыми для иммунных систем современных живых организмов и «съесть биосферу».

Более фантастическим вариантом биологической опасности является занесение жизни из космоса. Шансы этого учитывались, когда астронавты вернулись с Луны – их долго держали в карантине.

Структура биологической катастрофы

Структура биологической катастрофы может быть весьма замысловатой. В качестве иллюстрации приведу несколько цитат об одной потенциально опасной ситуации. (Из неё мы увидим, как давно появились биологические угрозы, – а значит, насколько зрелой уже является эта опасность.)

«Генный кризис начался летом 1971 года. В это время молодой учёный Роберт Поллак в лаборатории Колд-Спринг-Харбор (на Лонг Айленде, штат Нью-Йорк, США), руководимой Д.Уотсоном, занимался проблемами рака. Круг научных интересов Поллака был широк. Он не только вёл исследования, но и преподавал студентам биологию и выступал в качестве ведущего радиопрограмм, посвящённых обсуждению возможных злоупотреблению в бионауках, в частности, зарождающейся тогда генной инженерии.

И вот Поллак узнаёт, что в другой лаборатории (в Пало-Альто, в Калифорнии) у Поля Берга планируются эксперименты по встраиванию ДНК онкогенного (могущего вызывать раковые заболевания) вируса SV 40 в геном кишечной палочки. Последствия таких опытов? А не возникнет ли эпидемия рака (было известно, что почти безвредный для обезьян, вирус SV 40 вызывает рак у мышей и хомяков)? Начинённые опасными генами бактерии, плодясь миллиардами за сутки, по мнению Поллака, могли бы представлять серьёзную опасность.

Поллак тут же позвонил П. Бергу по междугороднему телефону и спросил его, отдаёт ли он себе отчёт об опасности экспериментов? Не станут ли бактерии с генами вируса SV 40 биологической бомбой замедленного действия?

Этот телефонный разговор и был началом той тревоги, которая охватила молекулярных биологов. Берг отложил свои исследования. Он стал размышлять, может ли реально E.Coli со встроенными в неё SV 40 вызывать рак? Мучительные раздумья мало что прояснили. Чёткого ответа не было из-за скудности сведений, имеющихся у специалистов в то время» .

«Некоторые доклады учёных (в Асиломаре, 1975) носили сенсационный характер. Так выяснилось, что в США в громадном масштабе был уже поставлен невольный эксперимент на человеке. Оказалось, что вакцина против полиомиелита заражена жизнеспособным вирусом SV 40. За 10 летний период, с 1953 по 1963 год эту заражённую вакцину привили примерно сотне миллионов детей. Причём проверка показала, что вирус SV 40 сохраняется в организме. Однако, к счастью, никакого увеличения частоты раковых заболеваний у этих детей выявлено не было» .

«Эдда Вест в своей статье "Полиомиелит", сообщает о связи вируса SV-40, которым заражались полиовакцины, с опухолями человека: "К концу 1996 г. десятки учёных сообщили об обнаружении вируса SV-40 в различных опухолях костей и мозга, которых стало больше на 30% за последние 20 лет. Затем итальянские учёные обнаружили SV-40 в семенной жидкости 45% и в крови 23% здоровых доноров. Это означало, что SV-40, очевидно, передавался половым путём и от матери ребёнку. Вероятно, ныне этот вирус встроен в наш геном.» Другие опровергают эти данные. Однако отсюда видно, что развитие биотехнологий создаёт далеко неочевидные угрозы.

Уже сейчас биологическое оружие считается одним из самых дешёвых – стоимость причинения смерти им в расчете на одного человека несколько центов. С другой стороны, для производства современных реагентов вроде сибирской язвы в военных целях нужны большие защищённые лаборатории и полигоны. Оно может быть ещё дешевле, если учесть способность агента саморазмножаться. Теперь подержанный ДНК секвенсор можно купить за сумму от 200 долларов, и с каждым годом цена этих устройств падает в разы, а качество растёт. См. текст «Биовойна для чайников» , рассказывающей о человеке, не имеющем познаний в области биологии, который берётся вывести – и выводит – генетически модифицированную флуоресцирующую колонию дрожжей за небольшой срок и небольшую сумму денег. И затем он предполагает, что почти также просто можно было бы вывести некий опасный вариант.

Уже сейчас создание биологической супербомбы в тысячи раз дешевле, чем создания ядерного оружия сравнимой поражающей силы. Когда распространятся дешевые технологии производства произвольных живых организмов с заранее заданными функциями, цена изготовления такого оружия может упасть до несколько сотен долларов.

Часто говорят, что биологическое оружие не годится в военном деле. Однако у него может быть особое назначение – как оружие криптоударов в тылу врага и как универсальное оборонительное оружие – машина судного дня.

Саморазмножающейся синтезатор ДНК

Биотехнологии могут потенцировать сами себя – то есть возможно возникновение промежуточных биологических форм, которые упрощают написание и выращивание новых вирусов. Например, это может быть культура бактерий, которая непосредственно переводит последовательность электрических сигналов в цепочку ДНК, или, наоборот, считывает ДНК и превращает эту информацию в цепочку вспышек света, которые может считывать компьютер. Само распространение такого устройства вместе с библиотекой генетических кодов (в цифровом виде) основных вирусов и белков было бы катастрофой.

Множественный биологический удар

Хотя распространение одной эпидемии, скорее всего, можно остановить, но эпидемию, вызванную несколькими десятками видами разнородных вирусов и бактерий, вышедших из-под контроля одновременно во многих местах земного шара, остановить невозможно даже технически, потому что в человека невозможно одновременно ввести несколько десятков разных вакцин и антибиотиков – он умрёт. Если вирус с 50 % летальностью был бы просто очень большой катастрофой, то 30 разнородных вирусов и бактерий с 50 % летальностью означали бы гарантированное истребление всех, кто не спрятался в бункеры. (Или примерно 100 разных организмов с 10 % летальностью.)

Множественный удар мог бы быть и мощнейшим средством ведения биологической войны, и оружием судного дня. Но он может произойти и сам по себе, если одновременно произойдёт множество актов распространения биологических агентов – даже и случайных, например, в ходе активного «соревнования» биохакеров. Даже несколько по отдельности несмертельных агентов могут настолько ослабить иммунную систему человека, что дальнейшее его выживание станет маловероятным.

Именно возможность множественного применения биологического оружия делает его одним из самых значительных факторов глобального риска.

Биологические средства доставки

Биологическое оружие должно быть не только смертельным, но и заразным и легко распространяющимся, чтобы представлять угрозу человечеству. Генетические технологии дают огромные возможности не только для создания летального оружия, но и для создания способов его доставки. Не нужно обладать великой фантазией, чтобы представить себе генетически модифицированного малярийного комара, который может жить в любой среде и с огромной скоростью распространиться по всей планете, вводя каждому попавшемуся некий биоагент. Или вошь. Или саранчу, заодно поедающую всё живое и распыляющее споры сибирской язвы. Но у будущих биоконструкторов будет гораздо больше фантазии.

Однако и бактериологическую войну можно пережить в бункере, хотя заражение от неё может быть более длительным, чем радиоактивное. Кроме того, переход на «механические тела», загрузка сознания в компьютер и освоение нанотехнологий резко снижают уязвимость «человека» к любым биологическим ядам и агентам, однако делают его уязвимым к другим саморазмножающимся агентам, таким как компьютерные вирусы и нанороботы.

В фантастике распространен образ атаки мутантов на последний человеческий бункер. Обычная радиация, однако, не способна порождать агрессивных мутантов. С другой стороны, в природе существует вирус бешенства (Neuroiyctes rabid), который влияет на поведение животных так, что они начинают его более активно распространять (укусами). Нетрудно представить себе более продвинутое изделие генно-инженерной техники, которое превращает любое животное в существо, агрессивно настроенное против человека. Сама фантастичность такого проекта может быть стимулом к его реализации, поскольку современная культура пропитана идеями про вампиров и зомби, возникающих в результате опытов в лабораториях (например, недавний фильм ‘Обитель зла’ – ‘Resident Evil’). Иначе говоря, идея изготовить зомби-вирус могла бы быть привлекательным вызовом для биохакера. При этом заражённые люди и животные обладали бы достаточным умом и техническими средствами, чтобы взломать разные виды защиты.

Похожий сюжет был с терактами 11 сентября, когда выяснилось, что голливудские фильмы были не фантастическими видениями, а самосбывающимися пророчествами. Иначе говоря, культура способна превратить крайне маловероятный сценарий в важную цель.

Вероятность применения биологического оружия и её распределение во времени

Я оцениваю вероятность того, что биотехнологии приведут к вымиранию человечества (в условиях, когда их эффект не перекрывается другими технологиями) в десятки процентов. Эта оценка основана на предположении о неизбежном очень широком распространении очень дешевых устройств, позволяющих очень просто создавать много разнообразных биологических агентов. То есть на предположении о столь же широком распространении биопринтеров, как сейчас обычных компьютеров.

Перечислю свойства опасного биопринтера (дешёвой минилаборатории) ещё раз:

1) неизбежность возникновения

2) дешевизна

3) широкая распространённость

4) неконтролируемость властями

5) способность осуществлять разработку принципиально новых биоагентов

6) простота применения

7) разнообразие создаваемых объектов.

8) Привлекательность как устройства для производства оружия (в духе вирусов индивидуального наведения) и наркотиков

Я полагаю, что устройство, удовлетворяющее эти требованиям, будет состоять из обычного компьютера, пиратски распространяемой программы с библиотекой исходных элементов, и собственно биологической части биопринтера, которая будет генетически модифицированным живым существом, то есть способна к саморазмножению. (Плюс набор относительно доступного оборудования, вроде сосудов для химреактивов и система связи биологической части с компьютером.) Каналом распространения этого комплекта могут быть преступные сообщества, производящие наркотики. Поскольку компьютеры уже доступны, а программа, и сам живая часть биопринтера способны к неограниченному копированию, то цена этого устройства в сборе будет неограниченна мала, а привлекательность крайне велика, что сделает очень сложным контроль.

Кустарно изготовляемые биопринтеры – неединственный способ создать биологическую опасность. То же самое произойдет и при распространении неких стандартных компактных минилабораторий по биосинтезу (вроде ДНК-синтезаторов), или при сетевом производстве биологических компонентов, которое уже имеет место, когда ингредиенты заказываются в разных фирмах по всему миру.

Вероятность глобальной катастрофы с участием биопринтеров будет очень быстро возрастать по мере совершенствования таких устройств и их распространения. То есть мы можем описать плотность вероятности в виде некой кривой, которая сейчас соответствует малой, но уже не нулевой величине, но через некоторое время взмывает до очень большой величины. При этом интересна скорее не точная форма этой кривой, а то время, когда она начнёт резко расти.

Я оцениваю это время в величину порядка 10-15 лет от 2007 года (2017-2022). (Независимая оценка дана сэром Мартином Рисом, который в 2002 году сделал ставку в 1000 долларов, что до 2020 года произойдёт биотерракт с миллионом жертв, хотя и надеется проиграть .) Эта оценка основана на анализе планов индустрии по удешевлению полного распознавания человеческой ДНК – по этим планам, к 2015 году такое распознавание будет стоить около 1000 долларов. Эти планы предлагают некоторый набор перспективных технологий и экспоненциальную кривую удешевления, которая устойчиво соблюдается до настоящего момента. Если к 2015 году распознавание будет стоить столько, то это будет означать, что будет создана ключевая технология по очень быстрому считыванию ДНК, и можно предположить, что такая же технология будет создана для дешёвого ДНК синтеза (фактически синтез проще, и технология уже есть). На основании этих технологий будет создана библиотека значений разных генов, что приведёт к взрывному пониманию принципов работы организмов, а развившиеся к тому времени компьютеры смогут моделировать последствия тех или иных мутаций. Всё вместе это позволит создать описываемый выше биопринтер. То, что рост плотности вероятности приходится, по моей оценке, на время около 2020 года, не означает, что уже сейчас какие-либо террористы не разрабатывают выводок очень опасных различных вирусов в разных лабораториях.

Вероятность применения биотехнологий, ведущего к глобальной катастрофе, может быть снижена следующими факторами:

1) Биотехнологии можно пережить в бункерах.

2) Первая же серьёзная катастрофа с утечкой опасных биотехнологий приведёт к настолько драконовским мерам контроля, что их окажется достаточно для предотвращения создания или распространения биопринтера.

3) ИИ и нанотехнологии разовьются раньше, чем появится и распространится биопринтер.

4) Ядерная война или другое бедствие прервёт развитие биотехнологий.

5) Возможно, что биотехнологии позволят создать нечто вроде универсальной вакцины или искусственной иммунной системы быстрее, чем распространятся опасные минилаборатории.

Вывод: существует огромное множество способов применить биотехнологии во вред человечеству, и это множество пока ещё до конца не описано. Хотя каждое отдельное применение биотехнологий можно предотвратить или ограничить его последствия, дешевизна, секретность и распространённость этих технологий делают их злонамеренное применение практически неизбежным. Кроме того, многие биологические риски могут быть малоочевидными и отложенными во времени, поскольку сама биологическая наука ещё развивается. Широкомасштабное применение биологического оружия значительно опаснее и значительно вероятнее, чем классическая ядерная война.