Все живые организмы на Земле, от мельчайших микробов до человека, имеют общее фундаментальное свойство — мы состоим из одинаковых молекулярных «кирпичиков». Однако, благодаря развитию молекулярной биологии, ученые всерьез задумались о возможности создания организмов с принципиально иной биохимической структурой. Одно из перспективных направлений — разработка «зеркальных бактерий», и исследования в этой области ведутся все активнее. Но насколько безопасен этот прорыв в науке? Международная группа ученых взялась за всесторонний анализ потенциальных рисков, сопряженных с данной технологией.
Что же представляют собой эти «зеркальные» формы жизни? Ключевым понятием здесь является хиральность, или «рукость» — свойство некоторых молекул существовать в двух формах, являющихся зеркальным отражением друг друга, подобно правой и левой руке. При этом химический состав и последовательность атомов в обеих формах идентичны, различие заключается лишь в их пространственной организации. В ДНК и РНК всех известных живых существ содержатся правозакрученные нуклеотиды, а белки состоят из левозакрученных аминокислот (за исключением глицина, который является особым случаем). В лабораторных условиях возможно синтезировать левозакрученные нуклеотиды и правозакрученные аминокислоты. Отсюда возникает предположение о возможности создания «зеркальных» живых клеток. Но насколько оправдан подобный шаг?
Международная группа ученых под руководством Катажины Адамалы из Университета Миннесоты провела масштабное исследование, результатом которого стал 200-страничный технический отчет, посвященный анализу рисков, связанных с «зеркальными» бактериями. Краткое изложение этого отчета опубликовано в научном журнале Science. В публикации подчеркивается, что до создания полноценной бактерии из молекул с измененной хиральностью еще несколько лет работы. Тем не менее, ученым уже удалось синтезировать цепи ДНК длиной в тысячи пар оснований с «зеркальной» структурой. Учитывая, что многие исследователи считают создание «зеркальных» бактерий следующим этапом развития синтетической биологии, группа ученых поставила перед собой задачу детально изучить потенциальные риски, связанные с появлением новой формы жизни.
Аминокислоты могут существовать в право- и левозакрученных конфигурациях — вся жизнь на Земле использует левозакрученную версию.
По мнению исследователей, «зеркальные» бактерии могут представлять серьезную угрозу для человечества. Форма молекул играет решающую роль в их функционировании и взаимодействии с окружающей средой на молекулярном уровне. Даже иммунная система живых организмов использует принцип распознавания молекулярных «образов» для идентификации угроз. Изменение хиральности бактерий может привести к тому, что они станут частично или полностью невидимыми для иммунной системы, что, в свою очередь, может спровоцировать развитие тяжелых инфекций, даже в тех случаях, когда обычные, не «зеркальные» бактерии не представляют опасности. Существует также вероятность нанесения ущерба окружающей среде. «Зеркальные» молекулы могут обеспечить этим бактериям защиту от естественных врагов — других микроорганизмов и бактериофагов (вирусов, поражающих бактерии). В результате «зеркальные» бактерии могут получить конкурентное преимущество и вытеснить природные организмы, нарушив экологический баланс.
Несмотря на сложность точной оценки степени опасности, уже сейчас ясно, что существующие методы лабораторной изоляции несовершенны. Авторы исследования отмечают, что полная и бессрочная изоляция «зеркальных» бактерий в лабораторных условиях может оказаться невозможной. В случае их выхода за пределы лаборатории, остановить их распространение может быть крайне затруднительно или даже невозможно. Рассматривались различные варианты, например, создание «зеркальных» фагов и хиральных антибиотиков, однако они были признаны недостаточно эффективными. Как гласит известная (хотя и вымышленная) фраза: «Жизнь найдет выход». Эта цитата, ставшая крылатой после выхода фильма «Парк Юрского периода», подчеркивает способность живых организмов адаптироваться и выживать в самых разных условиях, что добавляет беспокойства в контексте потенциального распространения «зеркальных» бактерий.
Следует отметить, что несмотря на перспективные области применения «зеркальных» бактерий, зачастую существуют более простые и безопасные способы достижения аналогичных результатов. Например, «зеркальные» биомолекулы могут найти применение в терапевтических целях, однако для их производства не обязательно создавать целые «зеркальные» организмы. Аналогично, предложение использовать «зеркальные» бактерии для клеточной терапии может быть реализовано с помощью альтернативных технологий, не затрагивающих фундаментальный принцип хиральности жизни на Земле.
Авторы исследования призывают научное сообщество воздержаться от создания «зеркальных» бактерий до тех пор, пока не будет достигнуто более глубокое понимание связанных с этим рисков. В то же время, любые ограничения в этой области должны быть тщательно продуманы, чтобы не препятствовать важным исследованиям «зеркальных» нуклеиновых кислот и белков, которые могут принести пользу человечеству. Ученые планируют организовать широкую дискуссию по этому вопросу с научным сообществом в 2025 году.
