Dauguma pagrindinių biologinių molekulių, įskaitant visus baltymus, DNR ir RNR, nukreiptos viena ar kita kryptimi. Kitaip tariant, jie yra chiraliniai arba perduodami. Kaip jūsų kairioji pirštinė tinka tik kairiajai rankai ir dešinei pirštinei, dešinė ranka, chiralinės molekulės gali sąveikauti tik su kitomis suderinamumo rankos molekulėmis.
Galimos dvi chiralizacijos: kairėje ir dešinėje, oficialiai vadinami L lotynų kalba kubinis ir D už Dexteris. Visas gyvenimas Žemėje naudoja L baltymus ir D cukrų. Net Archaeadidelė mikroorganizmų grupė su neįprastomis cheminėmis kompozicijomis, laikykitės programos apie jų naudojamų pagrindinių molekulių rankos.
Ilgą laiką mokslininkai spėliojo, kaip gaminti biopolimerus, kurie atspindėtų junginius pobūdyje, tačiau priešingai orientacijai – būtent junginiai, pagaminti iš D baltymų ir l cukraus. Pastaraisiais metais buvo pastebėta daug žadančių pažangų, įskaitant fermentus, kurie gali padaryti veidrodines RNR ir veidrodinius DNR.
Kai mokslininkai pastebėjo, kad šios veidrodinės molekulės elgiasi taip, kaip ir jų natūralūs atitikmenys, jie manė, kad iš jų būtų galima pasigaminti visą gyvą ląstelę.
Visų pirma veidrodinės bakterijos galėjo būti naudinga pagrindinių tyrimų priemonė – galbūt leisdama mokslininkams pirmą kartą ištirti naują gyvybės medį ir išspręsti daugybę problemų bioinžinerijoje ir biomedicinoje.
Šis vadinamasis veidrodinis gyvenimas-gyvos ląstelės, pagamintos iš statybinių blokų, turinčių priešingą chiralumą, kaip ir tie, kurie sudaro natūralų gyvenimą-gali turėti labai panašias savybes kaip natūralios gyvos ląstelės.
Jie galėtų gyventi toje pačioje aplinkoje, konkuruoti dėl išteklių ir elgtis taip, kaip jūs tikėtumėtės iš bet kokio gyvo organizmo. Jie galėtų išvengti infekcijos iš kitų plėšrūnų ir imuninės sistemos, nes šie oponentai negalėtų jų atpažinti.
Dėl šių bruožų, tokių kaip aš, tokius tyrėjus, kaip aš, visų pirma, veidrodinis gyvenimas. Tačiau šios savybės taip pat yra didžiulės šios technologijos klaidos, dėl kurių ji yra problema.
Aš esu sintetinis biologas, tiriantis chemiją, kad sukurtų gyvas ląsteles. Aš taip pat esu bioinžinis, kuris kuria bioekonomikos įrankius. Kaip chemikas mokydamas, inžinerijos veidrodinis gyvenimas iš pradžių atrodė kaip patrauklus būdas atsakyti į pagrindinius klausimus apie biologiją ir praktiškai pritaikyti šias išvadas pramonei ir medicinai.
Tačiau sužinojęs daugiau apie veidrodinio gyvenimo imunologiją ir ekologiją, sužinojau apie galimas šios technologijos aplinkos ir sveikatos pasekmes.
Tikras susirūpinimas dėl hipotetinio veidrodžio gyvenimo
Svarbu pažymėti, kad tyrėjai greičiausiai ne mažiau kaip 10–30 metų nuo veidrodinių bakterijų kūrimo. Tuo tarpu greitai judančioje srityje, pavyzdžiui, sintetinėje biologijoje, dešimtmetis yra labai ilgas laikas. Sukurti sintetines ląsteles yra sunku. Norint sukurti veidrodinius, reikės kelių techninių proveržių.
Tačiau tai sukeltų riziką. Jei veidrodinės ląstelės būtų išleistos į aplinką, greičiausiai jos galės greitai daugintis be didelių apribojimų. Natūralūs mechanizmai, kurie palaiko ekosistemas pusiausvyroje, įskaitant infekciją ir grobuonį, neveiktų veidrodinio gyvenimo.
Bakterijos, kaip ir dauguma gyvybės formų, yra jautrios virusinėms infekcijoms. Šie bakterijų virusai arba bakteriofagai patenka į bakterijas, prisijungdami prie jų paviršiaus receptorių ir tada naudokite jų ląstelių mašinas. Bet kaip kairioji pirštinė netinka dešiniąja ranka, natūralūs bakteriofagai neatpažintų veidrodinių ląstelių receptorių ar negalėtų naudoti savo mašinų. Veidrodinis gyvenimas greičiausiai būtų atsparus virusams.
Mikroorganizmai, maitinantys aplinkoje, taip pat kontroliuoja bakterijų populiacijas. Jie išskiria maistą nuo nemalonumo, naudodamiesi cheminiais „skonio“ receptoriais. Viskas, ką tie receptoriai jungiasi, pavyzdžiui, bakterijos ir organinės šiukšlės, yra laikomi valgomais, o daiktai, kurie negali prisijungti prie tų receptorių, pavyzdžiui, uolienų, yra klasifikuojami kaip gydomi.
Pagalvokite apie tai, kaip šuo, maitinantis virtuvės grindyse, valgys duonos ritinį, bet tik užuosk šaukštą ir judės toliau. Veidrodinis gyvenimas bakterijoms plėšrūnams būtų labiau panašus į šaukštą nei duona – plėšrūnai jį „užuostų“ su savo receptoriais ir judėtų toliau, nes šios ląstelės negali surišti.
Saugumas nuo valgymo būtų puiki žinia veidrodinėms bakterijoms, nes tai leistų laisvai atkartoti. Likusioje ekosistemoje būtų daug blogesnės naujienos, nes veidrodinės bakterijos gali užmušti visas maistines medžiagas ir nekontroliuojamai plisti.
Net jei veidrodinės bakterijos aktyviai neužpuola kitų organizmų, jos vis tiek sunaudos maisto šaltinius, kuriuos reikia kitiems organizmams. Ir kadangi veidrodžių ląstelėse mirčių skaičius būtų daug mažesnis nei įprastų organizmų dėl grobuonies trūkumo, jos lėtai, bet užtikrintai perims aplinką.
Net jei veidrodinės ląstelės auga lėčiau nei įprastos ląstelės, jos galėtų augti nieko nesustabdydami.
Nepakankamas imunitetas
Kitas biologinis kontrolės mechanizmas, kuris negalėtų „užuosti“ veidrodinių ląstelių, yra imuninė sistema.
Jūsų imuninės ląstelės nuolat tikrina viską, ką jie randa jūsų kraujyje. Imuninės ląstelės sprendimų medis yra gana paprastas. Pirmiausia nuspręskite, ar kažkas gyvas, ar ne, tada palyginkite ją su savo „savęs“ – savo langelių duomenų baze.
Jei jis gyvas, bet nėra jūsų dalis, tada jį reikia nužudyti. Veidrodinės ląstelės greičiausiai nepraeis pirmo to ekrano žingsnio: jis nesukeltų imuninio atsako, nes imuninė sistema negalėtų atpažinti ar prisijungti prie veidrodinių ląstelių antigenų. Tai reiškia, kad veidrodinės ląstelės gali užkrėsti precedento neturinčią įvairių šeimininkų.
Galite pamanyti, kad infekcija iš veidrodinių bakterijų gali būti gydoma tokio paties rankos antibiotikais. Tikriausiai tai veiks, ir jūsų žarnyne gali būti dar lengviau nei įprastą antibiotikų terapiją. Kadangi antibiotikai taip pat yra perduoti, šių vaistų veidrodinės versijos neturėtų įtakos jūsų žarnyno mikrobiomui, lygiai taip pat, kaip reguliarūs antibioikai neturėtų įtakos veidrodinėms ląstelėms.
Tačiau žmonės yra palyginti nedidelė ekosistemos dalis. Visi kiti gyvūnai ir augalai taip pat gali būti jautrūs infekcijai nuo veidrodinių patogenų. Nors įmanoma įsivaizduoti, kad žmogaus infekcijoms gydyti, veidrodiniams antibiotikams išsivystyti, fiziškai neįmanoma gydyti viso augalo ir gyvūnų pasaulio.
Jei visi organizmai yra jautrūs net lėtai judančiai veidrodinėms bakterijoms, nėra gero gydymo, kurį būtų galima panaudoti visoje ekosistemoje.
Geriau saugu nei gaila
Veidrodinis gyvenimas yra jaudinantis tiriamasis dalykas ir potenciali priemonė, turinti keletą praktinių pritaikymų medicinoje ir biotechnologijose. Tačiau daugeliui mokslininkų, įskaitant mane, nė vienas iš šių pranašumų nusveria rimtas pasekmes žmonių sveikatai ir aplinkos, atspindinčios gyvenimą.
Aš ir imunologijos, ekologijos, biosaugos ir saugumo tyrėjų grupė, įskaitant tuos, kurie aktyviai dirbo prie veidrodinio gyvenimo, atlikau išsamią galimų susirūpinimą dėl veidrodinio gyvenimo sukūrimo analizę. Nesvarbu, kaip mes į tai žiūrėjome tiesiai į viršų ar į veidrodį, išvados buvo aiškios: galimas inžinerinio veidrodinio gyvenimo nauda nėra verta rizikuoti.
https://www.youtube.com/watch?v=mfmrmfjzn9a „ElllSfullScreen“ = „NellyfullScreen“ frameraborer = „0” >>
Nėra galimybės padaryti nieko visiškai nepriekaištingo, kuris apima bet kokias apsaugos priemones, įmontuotas į veidrodinę ląstelę, kuri galėtų užkirsti kelią atsitiktinio ar sąmoningo paleidimo į aplinkai riziką. Šioje erdvėje dirbantys tyrėjai, įskaitant mus, gali tai nuvilti. Tačiau ne gaminti veidrodžių ląsteles gali užtikrinti planetos saugumą ir saugumą.
Daugiau pasaulinės mokslo bendruomenės diskusijų apie tai, kokie veidrodinių biomolekulių ir susijusių technologijų tyrimai yra saugūs – taip pat kaip reguliuoti šį tyrimą – gali padėti apsaugoti nuo galimo žalos.
Veidrodinių ląstelių laikymas veidrodžio viduje, užuot padarę jas fizine realybe, yra aiškiausias kelias į saugumą.
Kate Adamala, Minesotos universiteto genetikos, ląstelių biologijos ir plėtros docentė
Šis straipsnis paskelbtas iš pokalbio pagal „Creative Commons“ licenciją. Perskaitykite originalų straipsnį.
