В нескольких словах
Ученые всерьез обеспокоены перспективой создания зеркальных бактерий. Они опасаются, что такие организмы могут быть опасны для человека и окружающей среды, приводя к смертельным инфекциям и нарушению экосистем. Несмотря на достижения в области синтетической биологии, исследователи призывают к осторожности и международному диалогу о границах научных исследований.
В своем романе 1970 года «Spock Must Die!», основанном на вселенной «Звездного пути», Джеймс Блиш рассказал, как ошибка в телепортере корабля «Энтерпрайз» создала дубликат знаменитого вулканского ученого, внешне неотличимого от оригинала, но со всеми его молекулами, инвертированными, как отражение в зеркале. Чтобы выжить, второй Спок был вынужден синтезировать аминокислоты — звенья белков — также отраженные, поскольку он не мог метаболизировать нормальные. Это была не безумная фантазия. Многие молекулы могут принимать две альтернативные конфигурации, называемые левой и правой, которые являются зеркальными изображениями друг друга, как два перчатка из пары. Вся земная жизнь основана на левосторонних аминокислотах, а ДНК и РНК несут только правосторонние сахара. С тех пор как в 1848 году микробиолог Луи Пастер открыл это свойство, называемое хиральностью, научная фантастика спекулировала на эту тему.
Но эта интригующая область также заставила мечтать настоящую науку: что произойдет, если существуют зеркальные существа с их аминокислотами и сахарами, ориентированными наоборот? Лаборатории синтетической биологии лелеяли возможность создания зеркальных бактерий. Теперь, напротив, те же ученые отказываются от этой идеи из-за возможных катастрофических последствий, которые могут превратить мечту в кошмар.
Мир молекул наизнанку
Нет никаких биологических причин, по которым земная жизнь выбрала этот путь. В некоторых метеоритах был обнаружен избыток левосторонних аминокислот, что могло бы обусловить биологию, если бы эти ингредиенты пришли из космоса. Но все должно оставаться таким, чтобы жизнь функционировала, поскольку биологические молекулы подходят друг к другу, как части головоломки. Как и фальшивый Спок, зеркальное животное сможет переваривать только зеркальную пищу.
В лабораториях синтезируются определенные зеркальные молекулы, которые могут обладать интересными свойствами. «Есть исследователи, которые создают зеркальные белки и нуклеиновые кислоты, чтобы определить, можно ли их использовать в фармацевтических целях», — объясняет Джон Гласс, глава группы синтетической биологии и директор кампуса J. Craig Venter Institute в Ла-Хойе, Калифорния.
Гласс является частью команды, которая в 2010 году создала первую бактериальную клетку с синтетическим геномом, что также послужило стимулом для возможности производства зеркальных бактерий. Но в 2024 году рабочая группа под совместным председательством Гласса собрала почти 40 известных исследователей из 26 учреждений в девяти странах, чтобы поразмышлять над вопросом: следует ли преследовать эту цель?
Потенциально смертельные и инвазивные
Вывод этой группы, основанный на исчерпывающем техническом отчете из 300 страниц, был опубликован в декабре прошлого года в журнале Science: «Мы считаем, что зеркальные бактерии и другие зеркальные организмы не должны создаваться», — написали они. Причина этой рекомендации сводится к воздействию в двух областях — здоровье и окружающая среда. «Наш анализ показывает, что зеркальные бактерии, вероятно, обойдут многие иммунные механизмы, опосредованные хиральными молекулами, потенциально вызывая смертельные инфекции у людей, животных и растений», — предупредили подписавшие, добавив: «Мы не можем исключить сценарий, при котором зеркальная бактерия действует как инвазивный вид во многих экосистемах».
Но если Споку пришлось синтезировать свою специальную пищу, как зеркальная бактерия сможет выжить в мире, для нее хирально враждебном? Это было одной из причин, которые до сих пор удерживали некоторых ученых от определенного скептицизма в отношении рисков зеркальных бактерий, наряду с идеей о том, что любой микроорганизм, созданный таким образом, можно было бы сдержать, если встроить определенные недостатки в его метаболизм, которые не позволят ему жить вне своей небольшой лабораторной среды обитания.
Однако, как они объясняют, многие бактерии, такие как Escherichia coli, которая служит крошечной фабрикой в биологических лабораториях, могут жить в средах без хиральных питательных веществ, которые в изобилии встречаются в природе. А что касается биологической безопасности, то «лабораторные несчастные случаи происходят с некоторой регулярностью, даже в лабораториях с высоким уровнем сдерживания, будь то из-за человеческих ошибок или сбоев в оборудовании», — писали они, не забывая о возможности того, что бактерии будут развиваться, чтобы освободиться от своих метаболических оков, или кто-то намеренно их разорвет.
Продолжать диалог
«Наша статья в декабре в Science привлекла много внимания как со стороны прессы, так и со стороны других ученых», — отмечает Гласс, добавляя, что почти все реакции были в поддержку предложения отказаться от создания зеркальных бактерий. «Примечательно, что все исследователи, о которых нам известно, получившие финансирование на создание зеркальных бактерий, подписали нашу статью».
По словам Гласса, это относится к Кейт Адамале, синтетическому биологу из Университета Миннесоты. Адамала, соавтор отчета и статьи в Science, говорит, что создание зеркальной жизни не было для нее приоритетом, но она категорична: «В свете потенциально экстраординарных рисков, которые мы выявили, я думаю, что никто не должен работать над целью создания зеркальных бактерий».
Она ценит то, что последствия были обдуманы до того, как стало слишком поздно, что, по ее словам, не всегда происходит. «Мы были рады видеть, как выдающиеся ученые и законодатели относятся к этим рискам очень серьезно и присоединяются к нашему призыву к дальнейшему диалогу», — комментирует другой из авторов, микробиолог и молекулярный генетик Воган Купер из Университета Питтсбурга. Этот диалог продолжается на конференции в Асиломаре, Калифорния, где отмечается 50-летие мероприятия, на котором были изучены опасности генных технологий. В июне встреча в Институте Пастера в Париже включит публичный семинар, чтобы «развить аргументы технического отчета и дать более широкий контекст зеркальной жизни», — объясняет Адамала.
Провести красную черту в «серой зоне»
Биолог посылает сообщение спокойствия: «Сегодня никто не работает над созданием зеркальных бактерий». В любом случае и, как подчеркивает биохимик из Университета Уэстлейк в Китае Тин Чжу, один из самых выдающихся исследователей в области производства зеркальных биомолекул, синтез полной зеркальной клетки не будет технологически возможен «в обозримом будущем». Чжу, который не участвовал в рабочей группе и публикациях своих коллег, говорит, что он также поддерживает осторожный подход.
Работа Чжу включает создание зеркальной версии молекулярного аппарата ДНК и РНК для производства зеркальных белков. Опрошенные эксперты сходятся во мнении, что эти исследования не несут никакого риска и должны продолжаться; красная черта проходит в создании чего-то способного к самовоспроизведению: «Именно в этот момент работа становится потенциально очень опасной», — определяет другой из соавторов, Джонатан Джонс из Лаборатории Сейнсбери в Великобритании, специализирующийся на защите растений от инфекций.
Однако, признает Адамала, «существует серая зона между двумя вещами, и необходима широкая международная дискуссия о том, где провести черту». Ключ к различию, по словам Гласса, заключается в цитате синтетического биолога из Гарварда Памелы Сильвер: «Йогурт может сделать больше йогурта, но шампунь не может сделать больше шампуня».
