Ученые спорят об угрозе, исходящей от искусственно созданных бактерий

Фото из открытых источников

Согласно результатам моделирования, микробам, основанным на зеркальных изображениях молекул в природе, будет трудно выжить вне лаборатории. Для этого им потребуется постоянный запас «зеркальной пищи» или какой-либо новый способ питания. Результаты нового исследования были опубликованы в Biorxiv.

Однако исследование вызвало негативную реакцию со стороны других экспертов в этой области, которые предупреждают, что оно может недооценивать серьезные риски, связанные с так называемой зеркальной жизнью.

Многие биологические молекулы, такие как ДНК и белки, являются хиральными, что означает, что они могут существовать как в левосторонней, так и в правосторонней форме. Подобно левой и правой рукам, они являются зеркальными изображениями друг друга и не могут быть наложены друг на друга. Но вся жизнь на Земле использует правосторонние молекулы ДНК и левосторонние молекулы белков, что позволяет клеточным механизмам правильно взаимодействовать.

Хотя это пока технически не осуществимо, однажды может стать возможным создание организмов, в которых хиральность молекул будет обратной. В 2024 году 38 ученых опубликовали в журнале Science статью, призывающую остановить работу по созданию зеркальных форм жизни из-за опасностей, которые могут представлять такие организмы – например, иммунная система может быть неспособна распознавать и защищаться от зеркальных бактерий.

В новом исследовании Рикард Соле из Института Санта-Фе в Нью-Мексико и его коллеги изучили, что произойдет, если крошечная популяция зеркальных организмов появится в биосфере Земли. Они использовали компьютерные модели, чтобы определить, какие ограничения будут наложены на зеркальные формы жизни в различных реальных сценариях.

Чтобы зеркальная жизнь представляла угрозу, она должна сначала научиться существовать в каком-то самоподдерживающемся режиме, говорит Соле. Самым большим препятствием для зеркальных организмов станет то, что они могут переваривать только пищу, состоящую из молекул с той же хиральностью, что и они сами.

«Можно представить себе создание специальной «зеркальной пищи» совместно с зеркальными организмами. Но это скорее переносит проблему, чем решает её», — говорит Соле. «Зеркальная биосфера потребует не только изолированных питательных веществ, но и непрерывной промышленной инфраструктуры, способной производить большие количества зеркально-хиральных биомолекул: зеркальных сахаров, зеркальных аминокислот, зеркальных липидов и так далее».

Модели команды были специально разработаны для того, чтобы выяснить, смогут ли зеркальные организмы автономно закрепиться в реальных экологических условиях, а не для того, смогут ли они временно выживать в контролируемых лабораторных или промышленных условиях с помощью специально созданных систем питания.

«Мы считаем, что зеркальная жизнь, вероятно, столкнется с очень серьезными препятствиями в широком диапазоне экологических условий, что затруднит её успешное закрепление», — говорит Соле. «Однако остаются важные открытые вопросы, требующие дальнейшего анализа, включая долгосрочную эволюционную динамику и более реалистичные модели взаимодействия иммунных систем с зеркальными организмами».

Исследование было опубликовано на сервере препринтов до прохождения рецензирования. Но группа ученых, изучающих зеркальную жизнь, уже отреагировала заявлением с призывом пересмотреть статью.

Вон Купер из Университета Питтсбурга, штат Пенсильвания, отметил, что, хотя зеркальные микробы изначально будут расти медленнее, чем местные микробы, из-за несоответствия питательных веществ, существует множество нехиральных питательных веществ, которые могут поддерживать их рост. «Более того, популяция зеркальных клеток будет быстро эволюционировать и адаптироваться к новым условиям, создавая, по сути, второе древо жизни», — говорит Купер.

Исследование также предполагает, что существующее биоразнообразие на Земле будет действовать как «защитный барьер» против вторжения, поскольку природные организмы лучше адаптированы к окружающей среде и будут конкурировать с зеркальными организмами. В случае с зеркальными бактериями иммунная система может по-прежнему распознавать их как чужеродные тела, утверждают Соле и его коллеги.

Но Купер не убежден. «Существует бесчисленное множество примеров инвазивной биологии, указывающих на уязвимость биоразнообразных экосистем перед захватчиками, не имеющими хищников», — говорит он.

Кейт Адамала из Университета Миннесоты говорит, что команда Соле права в том, что наличие пищи, содержащей те же хиральные молекулы, будет ограничивающим фактором для зеркальных организмов. «Это неотъемлемый недостаток, с которым зеркальная жизнь столкнется в любой естественной среде», — говорит она.

Но она отмечает, что существуют способы, с помощью которых такие организмы могли бы производить собственную пищу, используя фотосинтез. Их также можно было бы модифицировать для использования хиральных молекул, встречающихся в природе. «Создать такой организм было бы чрезвычайно сложно, но это не невозможно представить», — говорит Адамала. «Мне не совсем понятно, почему широкое распространение обозначено как «крайне маловероятное»».

Соле говорит, что его команда рассматривала возможность использования зеркальными организмами нехиральных питательных веществ или фотосинтеза, но утверждает, что они все равно столкнутся с теми же экологическими проблемами.

«Ключевой вопрос не в том, доступны ли некоторые питательные вещества, а в том, достаточно ли доступа для поддержания долгосрочного положительного роста в условиях конкуренции с существующей биосферой», — говорит он. «Даже если зеркальные организмы смогут выживать на ограниченном наборе ахиральных соединений, они все равно столкнутся с серьезными экологическими ограничениями, включая низкое качество ресурсов, разбавление, конкуренцию и неспособность эффективно перерабатывать подавляющее большинство доступных в природе хиральных биомолекул».

Филиппа Ленцос из Королевского колледжа Лондона говорит, что зеркальная жизнь — это вполне вероятная проблема будущего, но она не должна отвлекать внимание от неотложных, краткосрочных биологических рисков. «Правильный ответ — это не паника и не игнорирование. Это тщательное управление на начальном этапе, четкие «красные линии» вокруг рискованных работ и соразмерная исследовательская программа, которая не вытесняет более насущные приоритеты в области биобезопасности и защиты от биологических угроз», — говорит она.

«Тот факт, что в этой статье отстаивается необходимость экологических ограничений, не отменяет необходимости управления. Напротив, это показывает, почему управление должно основываться на фактических данных и быть адаптивным: нам нужно понимать, какие предположения определяют риск, где находятся неопределенности и какие виды работ могут существенно изменить ситуацию», — говорит Ленцос.