Mūsų rankos yra viena kitos veidrodiniai atvaizdai. Jei vienos rankos neapversite, jos niekada neatrodys taip pat. Mokslininkai tai vadina chiralumu, o ši veidrodinė savybė yra esminė visai gyvybei Žemėje.
DNR ir RNR – genetinės gyvybės molekulės, pradedant virusais ir baigiant žmonėmis – yra sudarytos iš komponentų, kurie egzistuoja dešiniosiomis rankomis. Aminorūgštys, baltymų sudedamosios dalys, yra kairiosios. Perjungus rankas, ląstelės paprastai suyra. Tačiau taip buvo, kol neatsirado sintetinė biologija.
Pastarąjį dešimtmetį mokslininkai kuria veidrodinę gyvybę, keisdami gyvybės sudedamųjų dalių chiralumą. Apversdami evoliucijos planą, jie sukūrė dešiniarankių aminorūgščių ir kairiarankių cukrų genetinei medžiagai sukurti.
Kol kas ši apversta biologinė visata egzistuoja tik atskirose molekulėse. Tačiau vieną dieną – potencialiai jau po dešimtmečio – iš jų bus galima sukurti veidrodines bakterijas.
Mokslininkai perspėja dėl veidrodinių bakterijų kūrimo grėsmės
Šį mėnesį dešimtys mokslininkų žurnale „Science“ parašė įspėjimą dėl veidrodinių bakterijų kūrimo. Tarp jų – J. Craigas Venteris, ilgametis gyvybės kodo perrašymo entuziastas.
Jei veidrodinės bakterijos būtų išleistos į laisvę, jos galėtų išvengti imuninės sistemos ir sukelti mirtinas infekcijas žmonėms, gyvūnams ir augalams.
Turėdamos visiškai „svetimus“ genomus, jos taip pat greičiausiai išvengs antibiotikų ir kitų gydymo būdų, todėl galės sparčiai plisti kaip nekontroliuojama invazinė rūšis.
„Mes aistringai ginamės už tai, kad mokslininkams būtų leista vykdyti mokslinius tyrimus kuo mažiau ribojant intelektinį smalsumą, todėl raginimai uždrausti tyrimus nėra dažni ar lengvi.
Tačiau kiekviena taisyklė turi išimčių, ir ši yra viena iš jų“, – rašė Johnas Glassas ir Katarzyna Adamala iš J. Craigo Venterio instituto ir Minesotos universiteto.
Ribų peržengimas
Sintetinė biologija naudoja gyvybės sudedamąsias dalis, siekdama išplėsti gamtos dizainą.
Per pastarąjį dešimtmetį šioje srityje padaryta didelė pažanga. Duomenų saugojimas DNR yra sena naujiena.
Neseniai atliktais tyrimais sukurtos DNR pagrindu veikiančios kompiuterių grandinės, galinčios žaisti šachmatais, ir gyvos bakterijos, kurios klesti net ir pašalinus didžiąją dalį jų genų – jos vykdo instrukcijas, užrašytas visiškai sintetinėje chromosomoje, sukurtoje kompiuteriu ir susintetintoje laboratorijoje.
Šie pasiekimai gali turėti įtakos mūsų kasdieniam gyvenimui.
Pavyzdžiui, sintetinės grandinės, leidžiančios bakterijoms išsiurbti vaistus, galėtų padėti kovoti su diabetu ir maliarija.
Bakterijos, modifikuotos taip, kad galėtų smulkinti plastiką arba gaminti tvirtas, bet biologiškai skaidžias medžiagas, pavyzdžiui, dirbtinį šilką, galėtų apsaugoti aplinką.
Sintetinių komponentų, kurie dera su gyvaisiais organizmais, konstravimas padeda geriau suprasti mūsų pačių biologiją.
Vienas iškiliausių XX amžiaus fizikų, gavęs Nobelio premiją už tyrimus kvantinės elektrodinamikos srityje, Ričardas Fainmanas yra pasakęs: „Ko negaliu sukurti, to nesuprantu“.
Nors visa tai gali skambėti kaip mokslinė fantastika, šie tyrimai vis dar atliekami pagal evoliucijos chiralumo taisykles.
Veidrodinis gyvenimas jas pažeidžia
Yra priežasčių tyrinėti šias „apverstas“ molekules. Viena vertus, iš jų būtų galima gaminti ilgiau veikiančius vaistus. Baltymai prisitvirtina prie vaistų, kad juos suardytų.
Tačiau, hipotetiškai, kaip dešinė ranka, bandanti tilpti į kairės rankos atspaudą, veidrodinės molekulės, specialiai sukurtos sąveikauti su vienu baltymu taikiniu, nesusidurtų su kitais natūraliais ląstelės komponentais – potencialiai jos būtų stabilesnės ir turėtų mažiau šalutinių poveikių.
Mokslininkai jau yra sukūrę DNR ir baltymus iš apverstų statybinių blokų. Kai kurie dabar svarsto galimybę žengti kitą žingsnį: naudojant šiuos komponentus sukurti veidrodinę gyvybės formą.
J. Glasso ir K. Adamalos teigimu, tokios technologijos dar nėra. Tačiau „su tinkamais komponentais ir maistinėmis medžiagomis“ apversta DNR ar baltymai galėtų „užkurti“ bakteriją, kuri būtų visiškai svetima visai gyvybei Žemėje.
„Nors iš pradžių abu džiaugėmės galimybe sukurti veidrodinę gyvybę, sužinoję, kad veidrodinės bakterijos gali turėti neįtikėtinai pražūtingą poveikį, jei kada nors būtų įvestos į laukinę gamtą, persigalvojome“, – rašė jie.
Kodėl jos tokios pavojingos?
Glassas ir Adamala yra vieni iš dešimčių šios srities ekspertų, kurie parašė įspėjimą dėl veidrodinių gyvybės formų kūrimo.
Kad būtų aišku, jie nepasisako už draudimą atlikti atskirų gydomųjų veidrodinių molekulių tyrimus, kurie galėtų būti naudingi medicinai. Veikiau jie dėmesį skiria veidrodinėms bakterijoms, kurios gali daugintis.
Tyrimo autoriai rašo, kad tuomet, kai bakterijas ar kitas gyvas būtybes bus galima visiškai sukurti naudojant sintetinę DNR, sintetinius baltymus ir sintetinius lipidus, tokiu pat būdu bus galima sukurti gyvą veidrodinę bakteriją.
Nors iki šios technologijos dar liko mažiausiai dešimtmetis, dabar pats metas apsvarstyti riziką.
Izoliuotos, tarkime, Petri lėkštelėje, veidrodinės bakterijos greičiausiai gyventų kaip įprastos ląstelės, jei gautų veidrodinių maistinių medžiagų, ir būtų tokios pat silpnos arba stiprios kaip jų natūralios bendraamžės.
Tačiau daugelis „normalių“ bakterijų gali išgyventi ir su maistinėmis medžiagomis, neturinčiomis dvimačio pavidalo, o tai reiškia, kad veidrodinės bakterijos taip pat galėtų pasinaudoti tomis maistinėmis medžiagomis.
Jei išsilaisvintų veidrodinės bakterijos, gali kilti problemų. Nors pažeidimai laboratorijose pasitaiko retai, jų pasitaiko.
Dėl „apverstos“ veidrodinių bakterijų genetinės struktūros jos būtų visiškai atsparios fagams – virusams, kurie gamtoje medžioja bakterijas. Dėl apversto chirališkumo jos visiškai pasislėptų nuo plėšrūnų.
Toks atsparumas galėtų leisti veidrodinėms bakterijoms plisti ekosistemose. Evoliucijos dėka jos taip pat galėtų optimizuoti savo veidrodinius genus, kad, jų požiūriu, išgyventų „apverstame“ pasaulyje.
„Nesustabdomai replikuojanti veidrodinė bakterija laisvai aplinkoje galėtų sukelti katastrofiškų pasekmių“, – rašė Glassas ir Adamala.
Didesnį nerimą galbūt kelia jų keliamas pavojus žmonių sveikatai. Mūsų imuninė sistema remiasi baltymais, kurie prisitvirtina prie įsibrovusių patogenų. Tačiau jos gali atpažinti tik to paties chirališkumo baltymus.
Taip patskaitykite
Jei būtume užsikrėtę veidrodinėmis bakterijomis – o tai vis dar labai tikėtina – jos galėtų apeiti mūsų imuninę sistemą, todėl iš esmės mūsų imunitetas būtų susilpnėjęs.
Pirmieji požymiai jau rodo, kad veidrodiniai baltymai gali atlaikyti skaidymąsi ląstelėse. Kadangi jie yra „paslėpti“ nuo imuninės sistemos, šios bakterijos gali patekti į organizmą per odą, žarnyną ar plaučius kaip įprasti patogenai, nesukeldamos antikūnų ar kitų imuninės apsaugos priemonių.
Dabartiniai antibiotikai, sukurti kovai su natūraliu chiralumu pasižyminčiomis bakterijomis, greičiausiai neveiks veidrodinių bakterijų. Taigi, teoriškai jie galėtų sukelti pražūtingus protrūkius.
Ką daryti?
Yra būdų, kaip sumažinti riziką, kuri atsveria „apverstų“ gyvybės molekulių naudos tyrimus.
Mokslininkai galėtų sąmoningai stabdyti veidrodines bakterijas, naudodami sintetinį žudymo jungiklį, kuris nekenktų kitoms gyvoms būtybėms.
Tačiau, kaip teigia tyrimo autoriai, kartą sukūrus, kitiems būtų palyginti lengva vadinamąsias „biologiškai užrakintas“ bakterijas išlaisvinti nuo apsaugos priemonių.
„Todėl rekomenduojame neleisti atlikti mokslinių tyrimų, kurių tikslas – sukurti veidrodines bakterijas, o finansuotojams aiškiai nurodyti, kad jie nerems tokių darbų“, – rašė jie.
Nuomonė neapima veidrodinės DNR ar baltymų, skirtų terapiniam naudojimui. Be mokslinio straipsnio, kuriame apibendrinami rezultatai, komanda išleido visą ataskaitą ir kviečia mokslininkus, politikus, pramonės atstovus ir plačiąją visuomenę įsitraukti į diskusiją.
„Sukūrus veidrodinę ląstelę, bus neįtikėtinai sunku bandyti sugrąžinti šį džiną atgal į butelį“, – sakė prie naujojo straipsnio prisidėjęs Jutos universiteto mokslininkas Maiklas Kay.
Jis pridūrė, kad tai yra „didelis motyvas, kodėl apie prevenciją ir reguliavimą galvojame gerokai anksčiau nei apie bet kokią galimą realią riziką“.
