Прорыв в области синтетической биологии может привести к созданию зеркальных версий природных молекул, что будет иметь катастрофические последствия для жизни на Земле.
Категория синтетических организмов, получивших название «зеркальная жизнь», чьи молекулы являются зеркальным отражением их природных аналогов, может представлять беспрецедентную опасность для жизни человека и экосистем, говорится в статье ведущих экспертов, в том числе лауреатов Нобелевской премии. Статья, опубликованная в журнале Science 12 декабря, сопровождается обширным докладом, в котором подробно изложены их опасения.
Зеркальная жизнь имеет отношение к повсеместному явлению в мире природы, когда молекула или другой объект не могут быть просто наложены на другой. Например, нельзя просто перевернуть левую руку так, чтобы она соответствовала правой. Такая «рукообразность» встречается во всем мире природы. Группы молекул одного типа, как правило, имеют одинаковую направленность. Например, нуклеотиды, из которых состоит ДНК, почти всегда правосторонние, а белки состоят из левосторонних аминокислот.
"Рукообразность", более формально известная как хиральность, имеет огромное значение для биологии, поскольку взаимодействие между биомолекулами зависит от их ожидаемой формы. Например, если белок имеет обратную форму, он не может взаимодействовать с молекулами-партнерами, такими как рецепторы на клетках. «Подумайте об этом, как о руках в перчатках», - говорит Катажина Адамала, биолог-синтетик из Университета Миннесоты и соавтор статьи и сопровождающего ее технического отчета, объем которого составляет почти 300 страниц. «Моя левая перчатка не подойдет для правой руки».
Авторы беспокоятся о зеркальных бактериях - простейшей форме жизни, к которой относятся их тревоги. Возможности создать зеркальные бактерии пока не существует, и до этого еще «как минимум десять лет», пишут они, но прогресс уже налицо. Исследователи уже могут синтезировать зеркальные биомолекулы, такие как ДНК и белки. В то же время был достигнут прогресс в создании синтетических клеток из незеркальных компонентов. В 2010 году исследователи из Института Дж. Крейга Вентера (США) внедрили синтетическую ДНК в клетку и создали первую клетку с полностью синтетическим геномом.
Для создания зеркальной жизни потребуются дальнейшие исследования, но они вполне достижимы при значительных инвестициях и усилиях. «Мы не полагаемся на научные прорывы, которые, возможно, никогда не произойдут. Я могу просто написать вам список вещей, которые должны произойти, чтобы создать зеркальную клетку», - утверждает Адамала. «Это уже не научная фантастика». Адамала и раньше работала над созданием зеркальных клеток, но теперь она опасается, что если зеркальные бактерии будут созданы, то последствия могут включать необратимый экологический ущерб и гибель людей. Авторы статьи, среди которых эксперты в области иммунологии, синтетической биологии, патологии растений, эволюционной биологии и экологии, а также два нобелевских лауреата, призывают исследователей, политиков, регулирующие органы и общество в целом начать обсуждение оптимального пути развития, чтобы лучше понять и смягчить риски, на которые указывают авторы. До тех пор, пока не появятся доказательства того, что зеркальная жизнь не будет представлять чрезвычайной опасности, они рекомендуют отказаться от исследований, направленных на создание зеркальных бактерий.
Первоначальный энтузиазм по поводу создания зеркальных версий бактерий начался с более простых фантазий. Исследователи рассматривали перспективы работы с зеркальными версиями белков и других молекул, которые являются строительными блоками такого организма. В качестве примера можно привести лекарственные препараты, которые необходимо периодически принимать повторно, поскольку биологические процессы разрушают их молекулы. Зеркальные версии биологических молекул не будут взаимодействовать с этими молекулярными механизмами, поэтому лекарство, созданное на основе зеркальных молекул, может иметь более длительный эффект.
Многие механизмы иммунной системы также опираются на хиральность. Например, Т-клетки, отвечающие за распознавание чужеродных захватчиков, могут не связываться с чем-то, что имеет неправильную ориентацию. Поэтому такие методы лечения могут также не вызывать иммунных реакций у пациентов. «Зеркальный пептид не будет легко разрушаться, поэтому он может стать отличным терапевтическим средством», - считает соавтор исследования Джон Гласс. «Мы не видим абсолютно никаких причин запрещать это».
Потенциальным применением зеркальных бактерий могут стать биореакторы - биологические фабрики, использующие клетки или микроорганизмы для производства различных соединений, таких как антибиотики и другие фармацевтические препараты. Бактериофаги могут уничтожить биореакторы на основе бактерий, затратив на это огромное количество времени, но, скорее всего, они не смогут заразить зеркальные бактерии, поскольку не распознают их молекулы. Точно так же естественные хищники, например амебы, которые питаются обычными бактериями, не смогут распознать зеркальные бактерии как пищу. Но именно эти якобы полезные свойства и вызвали опасения ученых. «Все практические приложения, которые привлекли нас в эту область, теперь вызывают у нас ужас, - говорит Адамала. Способность обходить иммунные реакции может позволить бактериям вызывать смертельные инфекции при бесконтрольном размножении.
В отличие от вирусов, бактериям не нужно взаимодействовать с определенными молекулами, чтобы заразить организм, и зеркальные бактерии могут заражать широкий круг хозяев, включая людей, других животных и растения, а отсутствие хищников может позволить зеркальным бактериям широко распространяться в экосистемах.
По словам Гласса, многие авторы первоначально считали, что зеркальные бактерии не смогут выжить за пределами лаборатории из-за отсутствия питательных веществ для зеркальных микроорганизмов, однако в докладе делается вывод, что питательных веществ, которые могли бы питать зеркальные бактерии, достаточно для их существования. Исследователи обсуждают возможные меры биобезопасности, такие как разработка зеркальных вирусов-фагов, которые могли бы заражать и убивать зеркальные бактерии, но приходят к выводу, что они вряд ли будут достаточной защитой. «Никто из [авторов] не смог придумать контрмеры, которые, по нашему мнению, были бы достаточно эффективны, чтобы спасти биосферу от этих организмов», - говорит Гласс.
Не все согласны с тем, что зеркальные бактерии представляют такую огромную опасность. «Я бы сказал, что зеркальная бактерия окажется в невыгодном конкурентном положении и не сможет выжить», - утверждает Эндрю Эллингтон, молекулярный биолог из Техасского университета в Остине, занимающийся разработкой синтетических организмов. Он не уверен, что стоит бить тревогу так задолго до появления какой-либо угрозы или даже существования технологии, которая может быть использована для ее непосредственного создания. «Это все равно что запретить транзистор, потому что вы беспокоитесь о киберпреступности через 30 лет», - говорит Эллингтон. Он также обеспокоен тем, что правительства и регулирующие органы могут отреагировать не так, как ожидают авторы, что может затормозить полезные исследования. «Я не особенно беспокоюсь о том, что неизвестная угроза через 30 лет сравнится с той пользой, которую можно принести сейчас», - подчеркивает он.
Хотя точные риски могут быть неопределенными, несомненно то, что любая угроза остается отдаленной. «Технологии еще нет, поэтому сложно сказать о сценариях риска, но этот документ может положить начало дискуссии», - говорит Сара Картер, консультант по научной политике в области биобезопасности, занимающаяся вопросами биобезопасности и политическими последствиями появления новых биотехнологий. Поэтому я приветствую эту группу за то, что она смотрит в будущее и привлекает к этому внимание».
