Экспонента - [17]
Аналогичный процесс происходит и в другой ключевой области — биологии. По сравнению с технологическим прогрессом в сфере биоматерии революция в энергетике выглядит очень медлительной. На протяжении многих поколений биология казалась сложной и запутанной наукой, не особенно склонной к технологическим преобразованиям. Если химики уже давно могли разделять элементарные химические вещества по пробиркам, а физики — раскладывать Вселенную в соответствии с ее основными законами, то биология выглядела куда замысловатее и туманнее: ее интересовала ужасно сложная внутренняя деятельность живых организмов.
Рассмотрим процесс чтения человеческого генома — генетического кода, который лежит в основе каждого из нас. Задача сложная. Геном человека — это длинная цепочка бинарной информации длиной около трех миллиардов букв. Для обозначения его химических оснований — гуанина, тимина, цитозина и аденина — мы пользуемся буквами Г, Т, Ц и А. Чтобы прочитать такой геном, его необходимо разбить на миллионы маленьких кусочков, которые считываются с помощью электрохимических методов. Затем все результаты собираются воедино.
Первое полное секвенирование генома человека было проведено в период с апреля 1999 года по июнь 2000 года. Стоил этот первый набросок нашего генетического сценария около 300 миллионов долларов. Его последующая доработка обошлась еще в 150 миллионов долларов. Таким образом, расшифровка первого генома стоила по меньшей мере 500 миллионов долларов.
Но эта ситуация быстро изменилась. В сентябре 2001 года Национальный институт исследования генома человека (входит в систему Национальных институтов здравоохранения США) подсчитал стоимость секвенирования полного генома человека — на тот момент она составляла 95 263 702 доллара. К августу 2019 года эта цифра упала до 942 долларов, то есть стала в сто тысяч раз меньше[49]. За этим стояла американская компания Illumina: благодаря ее платформе для секвенирования ДНК HiSeq X стоимость этой процедуры в 2014 году упала ниже психологически важной отметки в тысячу долларов.
Затем, после нескольких лет доминирования Illumina, в марте 2020 года компания BGI из китайского Шэньчжэня объявила о том, что стоимость секвенирования полного генома составляет всего 100 долларов: менее чем за двадцать лет произошло удешевление, то есть усовершенствование процесса в миллион раз[50]. Это означает снижение цены вдвое каждый год в течение двух десятилетий — закону Мура впору сгореть со стыда. Если бы падение цены секвенирования генома следовало той же кривой, что предложил Мур для микрочипов, то на момент написания этой книги мы могли бы рассчитывать на цену более 100 тысяч долларов за последовательность. На самом деле стоимость секвенирования генома снизилась в тысячу раз сильнее, чем предсказывал закон Мура.
И как обычно, понижение цены означает более широкое применение. В 1998 году мы невероятными усилиями секвенировали один геном. К 2015 году человечество обрабатывало уже более двухсот тысяч геномов в год[51]. По оценкам одной исследовательской группы, к 2025 году эта величина достигнет двух миллиардов[52].
Существует ряд факторов, влияющих на снижение стоимости кодирования генома, к ним относится и рост вычислительных мощностей. Геномные последовательности представляют собой огромные цепочки букв. Кодирование одного человеческого генома требует около 100 гигабайт памяти (этого достаточно для хранения примерно двадцати пяти фильмов в высоком разрешении) — такой уровень сейчас гораздо доступнее, чем два десятилетия назад. Но закон Мура — это далеко не единственная причина снижения цен. Произошли изменения в способах производства реагентов и «усилителей», необходимых для превращения образца ДНК в нечто читаемое. С годами эти химические вещества также становились все дешевле и дешевле. Между тем достижения в области электроники позволили ученым создавать более дешевые датчики, а разработки в области робототехники — еще больше автоматизировать ручные части этого сложного процесса[53].
Генетическое кодирование — лишь один из аспектов революции в биотехнологиях. Еще одна область — синтетическая биология, объединяющая несколько дисциплин, включая информатику, биологию, электротехнику и биофизику; ее цель — создавать новые биологические компоненты и системы. Она также находится на экспоненциальном марше; благодаря ей мы наблюдаем прорывы в сельском хозяйстве, фармацевтике, производстве материалов и здравоохранении. Сегодня мы можем составлять последовательности и манипулировать микроорганизмами. Мы можем превратить их в маленькие природные фабрики по производству необходимых нам химических веществ и материалов, что было немыслимо еще десять лет назад. Последствия этого повлияют на все. По некоторым оценкам, к 2040 году 60% физических «производственных факторов» в мировой экономике можно будет производить биологически
