Если ученый говорит вам, что он проводит свои научные исследования в облачной лаборатории, он вовсе не имеет в виду пасмурную погоду. Это означает, что все эксперименты выполняют роботы, а человеку остается только одно – то, что люди умеют делать лучше всего: думать.
Каждый может взять ручку и листок бумаги и попытаться доказать, например, гипотезу Гольдбаха (утверждение о том, что любое четное число, начиная с 4, можно представить в виде суммы двух простых чисел). У любого человека есть возможность написать философский трактат или выдвинуть новую экономическую теорию, были бы идеи и желание.
Однако возможность проводить естественно-научные эксперименты есть далеко не у каждого человека. Даже серьезные исследования биологических макрообъектов — животных и растений — сейчас включают в себя элементы молекулярной диагностики: генотипирование исследуемых особей, поиск мутаций, вызывающих заметные невооруженным глазом изменения. Молекулярная диагностика, как ни крути, требует дорогих реагентов и дорогого оборудования, с которым нужно уметь обращаться. Поэтому современные естественно-научные исследования — область, в которой далеко не каждый имеет шансы себя попробовать. Точнее, так было раньше.
Провести эксперимент в облачной лаборатории можно из любого места в мире — даже с другой стороны земного шара. Этапы: 1. Дизайн эксперимента. Отсылаете образцы в лабораторию, затем с помощью специальной программы конструируете дизайн эксперимента. 2. Дистанционное выполнение. Роботизированная лаборатория проводит эксперимент, в точности придерживаясь описания. 3. Параметры эксперимента. Все параметры эксперимента записываются в базу данных, доступную вам через интернет из любого места в мире. 4. Анализ результатов. Программное обеспечение позволяет проанализировать и визуализировать результаты эксперимента, провести моделирование и статистическую обработку.
Биохакеры и облака
В последнее время в биологии появились два течения, которые ставят целью приблизить естественно-научные исследования к людям, не работающим в лаборатории и не готовым посвятить лабораторным экспериментам все свое время. Первое — движение биохакеров, возникшее в США несколько лет назад (см. «ПМ» № 2'2014). Биохакеры практиковали биологию в гаражах, покупая подержанное оборудование и проводя довольно сложные эксперименты «на коленке». Они хотели показать людям, что наука может стать ближе, если применять творческий подход — ведь можно использовать не самое дорогое оборудование, можно купить бывшее в употреблении, можно вообще не покупать, а поменять на что-нибудь или даже достать бесплатно. А «высший пилотаж» с точки зрения биохакера — это разобраться в принципах работы прибора и сконструировать его простую, дешевую, но рабочую версию самостоятельно. Эти идеи, несомненно, здоровые и продуктивные, но следует признать, что биохакерский подход к науке требует больших затрат усилий и времени и пригоден далеко не для всех.
Совершенно противоположный подход к биологическим исследованиям предлагают новые «облачные лаборатории», которые недавно начали появляться в США, например Transcriptic и Emerald Cloud Laboratory. Их идеи полностью противоположны биохакерским: они предлагают любому желающему проводить свои эксперименты, вообще не прикасаясь к пробиркам и пипеткам.
Облачная биоэкономика
Сравним стоимость простейшего эксперимента в обычной лаборатории и роботизированной лаборатории Transcriptic. ПЦР (полимеразная цепная реакция) — это метод получения множества копий фрагмента ДНК. С помощью ПЦР можно узнать, есть ли в образце определенный фрагмент ДНК, а также наработать большое количество материала, чтобы использовать его в дальнейших экспериментах. Для эксперимента нужно «раскапать» образцы и реагенты по пробиркам и поместить их в специальный прибор, который создаст подходящие для реакции условия. Чтобы провести такой эксперимент в обычной лаборатории, понадобятся ПЦР-машина ($650−8000), лабораторный пластик ($25 на 100 реакций), реагенты ($40 на 100 реакций) и час работы специалиста ($45-$85), итого — $760−8150. Конечно, ПЦР-машина прослужит долгое время, но первоначальные затраты получаются немалыми. Если проводить тот же эксперимент в лаборатории Transcriptic, понадобится оплатить те же реагенты ($40 на 100 реакций), час работы роботизированной системы манипуляций с жидкостями ($14,7), а также время работы ПЦР-машины ($2−6), итого — $56,7−60,7. Конечно, для единичных экспериментов выгоднее не покупать свой прибор, а провести эксперимент в облачной лаборатории (кроме того, при этом уменьшается стоимость процедур «раскапывания» растворов по пробиркам).
Важно, что такие лаборатории — не просто группы ученых, которые за деньги делают чужие эксперименты. Если вы зайдете на сайты этих компаний, то увидите перемещающиеся в воздухе автоматические пипетки, разъезжающие штативы с пробирками и другие механические устройства, исправно переливающие жидкости и сканирующие образцы. И это неспроста, ведь особенность этих лабораторий — применение робототехники, которая гарантирует пользователям максимально аккуратные и воспроизводимые результаты.
Облачная лаборатория напоминает высокоавтоматизированный завод, где все основные операции выполняют роботы, — они не устают, не ошибаются и не отвлекаются, строго придерживаясь заданной программы. Сейчас пользователям подобных лабораторий доступны несколько десятков основных экспериментов, результаты которых обычно готовы в течение суток.
Рутинная работа
Для того чтобы провести свой эксперимент, можно выбрать протокол из готового набора или перевести свой собственный протокол на язык машинных команд с помощью специального интерфейса. Кажется, недалек тот день, когда появится сервис, аналогично американскому Magic исполняющий любые пожелания ученых. Можно будет отправить эсэмэску: «Синтезировать ген X, ввести в клетки Y и посчитать флуоресцирующие при длине волны ?». Пока такого сервиса нет, но уже сейчас процесс заказа экспериментов в «облачных"