Почти 40 учёных предостерегают от продолжения исследований по синтезу искусственных зеркальных клеток, которые могут нанести непоправимый вред и даже уничтожить жизнь, какой мы её знаем.
Наука — идеальный пример двойственной природы любознательности. С одной стороны, именно любознательность позволила нам открыть всё, что мы знаем о мире, Вселенной и жизни, и она же стала источником всех наших изобретений. С другой стороны, стремление к знаниям порой бывает неутолимым и ведёт нас по путям, по которым, возможно, не стоит идти.
Если вы хотите читать больше интересных историй, подпишитесь на наш телеграм канал: https://t.me/deep_cosmos
Например, сегодня учёные пытаются создать зеркальные версии клеток. Продолжая идти этим путём, мы наверняка получим бесценные знания о биологии и природе жизни, а также откроем двери в совершенно немыслимые направления науки. Однако этот путь также может привести к катастрофическим, непредсказуемым последствиям, которые могут разрушить планету и всё живое на ней.
На самом деле, риск столь велик, что почти 40 экспертов опубликовали статью с призывом к коллегам немедленно прекратить исследования и ни при каких условиях не создавать зеркальные бактерии.
Что такое зеркальные клетки?
Проще всего объяснить зеркальные клетки как синтетические, искусственные организмы, которые на молекулярном уровне являются полным отражением — зеркальным образом — известных нам природных клеток. Если мы продолжим движение в этом направлении, в недалёком будущем такие клетки могут стать основой «зеркальной жизни».
Чтобы понять это точнее, нужно вспомнить, что ДНК, белки и другие строительные блоки жизни обладают свойством хиральности — от греческого слова, означающего «рукоподобие». Хиральные молекулы бывают «правыми» и «левыми».
Например, ДНК имеет правостороннюю двойную спираль, напоминающую винтовую лестницу, закрученную в одну сторону. Белки же формируются из левосторонних аминокислот. Как объясняет научная журналистка Даниэль Седбрук в Smithsonian Magazine:
«Противоположные "руки" аминокислот и сахаров действительно существуют во Вселенной, но не используются ни одной известной формой жизни. Это одно из самых странных свойств жизни на Земле».
Если вы поднесёте правую руку к зеркалу, она будет выглядеть как левая, но в левую перчатку правая рука не влезет. Точно так же «правые» и «левые» молекулы не взаимозаменяемы, несмотря на внешнее сходство. Их различие в форме определяет то, как они ведут себя.
Хотя учёным известно о существовании хиральных молекул, они до сих пор не знают, почему у жизни сформировалась именно такая хиральность. Одни, например учёные NASA, считают, что причиной стала некая космическая аномалия, другие полагают, что это результат эволюции в доисторических водоёмах.
А может быть, это просто оказался лучший эволюционный выбор, закрепившийся со временем. В этом случае, возможно, в других обитаемых уголках Вселенной жизнь может быть построена на молекулах с противоположной хиральностью.
Учитывая это, неудивительно, что учёные хотят выяснить, какая теория верна — и лучший способ это узнать, конечно, синтезировать зеркальные клетки и посмотреть, что произойдёт.
Исследования
На протяжении многих лет учёные создавали зеркальные версии известных молекул: левосторонние сахара, нуклеиновые кислоты (ДНК) и правосторонние белки — все они оказались вполне функциональными.
В 2010 году синтетические биологи под руководством Крейга Вентера из Института Дж. Крейга Вентера в Ла-Хойе, Калифорния, удалили всю ДНК из бактериальной клетки и заменили её синтетическим геномом, созданным ими же.
К 2016 году его команда продолжила работу, предоставляя клеткам сильно изменённые геномы. В том же году Тин Чжу (ныне в Университете Вестлейк в Ханчжоу, Китай) с коллегами синтезировал зеркальную цепочку ДНК, которую могла копировать зеркальная же ферментная система.
То есть уже менее чем десять лет назад учёные практически могли создать живую клетку из полностью синтезированных химических компонентов — практически, но не буквально.
Главная сложность при создании зеркальных организмов даже на молекулярном уровне в том, что вся остальная биология «заточена» под природную хиральность.
Например, правосторонние аминокислоты похожи на левосторонние, но организм не может их переработать — наши ферменты «заточены» на левосторонние формы. Как выразился Карл Циммер из New York Times: «Нельзя открыть крышку, закрученную по часовой стрелке, если вы пытаетесь крутить против».
Возможности…
Для многих учёных возможность создания зеркальных молекул сулит прорывы в лечении болезней.
Синтетические биологи Джон Гласс и Кейт Адамала (соавторы предостерегающей статьи) в The Scientist пишут, что понимают привлекательность идеи:
«Создание синтетических клеток на основе синтезированных молекул позволяет как изучать фундаментальные принципы жизни, так и создавать "умный бетон" из бактерий или минимальную клетку, имитирующую жизненные функции».
Майкл Кей, биохимик из Университета Юты и тоже соавтор, объясняет:
«Если вы вводите пациенту терапевтический белок или нуклеиновую кислоту, ферменты организма быстро их разрушают — иногда за минуты. Это делает лечение хронических заболеваний дорогим и неудобным».
Однако зеркальные молекулы «не узнаются» этими ферментами, а значит, могут действовать дольше.
Тем не менее, до практической реализации таких методов пройдёт ещё много лет.
Время ещё есть
Лауреат Нобелевской премии Джек Шостак из Чикагского университета поясняет:
«Вся суть биохимии последних 50 лет — воссоздание клеточной активности. Абсолютная цель — воссоздание целой клетки».
Создание зеркальной жизни теоретически возможно, но крайне трудно. Например, вирус создать проще, чем клетку, ведь у него более простое устройство. Однако вирусу нужна клетка-хозяин, и поскольку все клеточные механизмы — хиральны, зеркальный вирус не сможет «захватить» обычную клетку.
То же самое касается животных и растений — зеркальные формы будет невероятно трудно создать.
По мнению Шостака, до реального создания зеркальных клеток пройдёт от 10 до 50 лет. Всё зависит от сложности задачи: «Если окажется, что сложных шагов немного — кто знает?»
Но даже сейчас, когда это ещё вопрос будущего, он предостерегает: последствия могут быть глобально катастрофичны.
(продолжение следует во второй части →)
(продолжение перевода)
Опасность впереди: повернуть назад
Шостак, Вентер, Кей, Гласс и ещё 34 ведущих учёных — включая лауреатов Нобелевской премии, специалистов по синтетической биологии, биоэтике и глобальному здравоохранению — провели тщательный анализ рисков и преимуществ текущих исследований.
В результате они подготовили 299-страничный технический отчёт и сопроводительную статью, опубликованную в журнале Science 12 декабря 2024 года.
В ней они настоятельно предостерегают мировое научное сообщество от продолжения разработок зеркальной жизни — особенно зеркальных бактерий. Их основное опасение: «достаточно устойчивые зеркальные бактерии могут распространяться в окружающей среде, не сдерживаемые естественными биологическими механизмами».
Изначально они не считали это возможным. Шостак вспоминает:
«Когда я только начал этим заниматься, первая реакция — как и у многих — была: чтобы стать патогеном, нужно пройти долгий путь эволюции. Кажется невозможным, чтобы зеркальная бактерия стала патогенной».
Подобно тому, как зеркальный вирус не может заразить обычную клетку, предполагалось, что и зеркальная бактерия не сможет обмануть иммунную систему. Однако после глубокого анализа исследователи пришли к обратному выводу.
Иммунная система распознаёт бактерии по характерным молекулам на их поверхности — а эти молекулы хиральны. Зеркальная бактерия имеет зеркальные молекулы и, теоретически, может «проскользнуть» мимо иммунной системы незамеченной.
При этом даже такой крошечной жизни, как бактерия, нужно питание. И хотя большинство питательных веществ — хиральны, например, аминокислота глицин — нет. Она ахиральна, и зеркальные бактерии могут на ней выживать.
Шостак поясняет: «Концентрации [глицина] низкие, и он не так питателен, как, скажем, глюкоза, поэтому бактерии будут расти медленно. Но если их никто не убивает — они могут расти без ограничений».
Ещё одно опасение: зеркальные бактерии могут заражать не только людей, но и животных, растения и целые экосистемы. В статье говорится:
«Мы не можем исключить сценарий, при котором зеркальная бактерия действует как инвазивный вид, вызывая смертельные инфекции в значительной части флоры и фауны, включая человека».
Худший сценарий — умышленное создание патогенной зеркальной бактерии в военных целях. Конвенция о биологическом оружии 1975 года запрещает разработку биооружия, но формулировки не охватывают зеркальные организмы буквально. Как указывает Лентцос, «в тексте нет слов “зеркальные бактерии”».
И даже если обновить законы, как говорит Шостак:
«Если за это возьмётся кто-то со злым умыслом — остановить будет крайне трудно».
А нельзя ли просто быть осторожными?
Некоторые учёные считают, что до практических рисков ещё далеко.
Например, Маркус Шмидт из венской Biofaction утверждает, что
«Никто в мире ещё не создал клетку “с нуля”. Это говорит о том, что мы на самом деле плохо понимаем, как работает клетка».
Профессор Кэтлин Вогель из Университета штата Аризона добавляет:
«Возможно, такие бактерии просто погибнут в окружающей среде».
Авторы предостерегающей статьи признают эти аргументы. Да, синтетические организмы обычно хрупки. И Шостак подтверждает:
«Если кто-то и создаст зеркальную бактерию — скорее всего, она будет крайне “слабой”».
Впрочем, можно встроить механизмы безопасности: заставить бактерию потреблять питательное вещество, которого нет в природе, или задать ей «срок жизни» через особый генетический код. Шмидт отмечает:
«Если не кормить — она погибнет».
Почему же тогда опасения остаются?
Потому что, как указывает Лентцос, все меры предосторожности предполагают, что создатели бактерии действуют в интересах человечества. А в истории человечества это далеко не всегда так.
«Может быть кто-то с гораздо более тёмными намерениями».
Кроме того, когда технология почти готова к выходу на рынок, слишком много вложено — и её уже не останавливают.
«Вы находитесь в самом конце процесса, и уже ничего не изменится — что бы ни говорили», — объясняет Лентцос. — «Для меня это образец ответственной науки».
Кей соглашается. В заявлении Университета Юты он подчёркивает:
«Мы считаем, что сейчас есть возможность — пока это не стало чьей-то профессией или инвестиционным проектом — установить чёткие границы допустимых исследований».
Лучше перестраховаться
Авторы подчёркивают: они не требуют полного прекращения всех исследований зеркальной жизни. Речь идёт о вдумчивой оценке потенциальных рисков каждого конкретного направления.
Синтетическая биология уже далеко продвинулась. Много видов искусственных организмов разрабатываются каждый год. Но, как говорит Шмидт, куда меньше усилий вкладывается в системы сдерживания и биобезопасности.
И даже если исключить злой умысел — бывают случайности. Если, например, зеркальная бактерия случайно окажется более выносливой и выйдет за пределы лаборатории, последствия будут непредсказуемыми.
Как писал Циммер, зеркальные клетки могут заражать даже в лаборатории, «не вызывая иммунного ответа».
Если такая бактерия вырвется наружу, может начаться зеркальная пандемия. Да, возможно, учёные разработают «зеркальный антибиотик», но это не решит проблему глобально.
«Вы можете защитить горстку людей или животных, но не сможете развернуть такую защиту в мировом масштабе», — говорит Шостак.
Авторы предупреждают: такие патогены могут поражать беспрецедентно широкий круг организмов — не только людей, но и животных, растений, нарушая целые экосистемы.
«Воздействие на пищевые цепочки было бы разрушительным», — добавляет биолог Дипа Агаше из Индии.
После анализа всех рисков Гласс и Адамала заключают:
«Риски продолжения этого пути намного превышают потенциальные выгоды».
Адамала в другой статье резюмирует:
«Нельзя сделать ничего на 100% безопасного, включая встроенные предохранители в зеркальные клетки. Возможно, это разочарует исследователей. Но отказ от создания зеркальных клеток — это способ обеспечить безопасность планеты».
Смена перспективы
Любознательность — одно из величайших наших качеств. Но она же может быть и одной из самых опасных эмоций. Мы часто вступаем на опасный путь под влиянием простого вопроса: «А что если?..»
Как пишут авторы статьи:
«Любознательности недостаточно, чтобы создавать нечто столь опасное. Ради человечества — и самой науки — мы должны избегать создания зеркальной жизни».
На мой взгляд, у нас и без того достаточно забот. Есть куда более насущные задачи для науки — например, изменение климата. Хотелось бы верить, что человечество пойдёт по моральному пути, но это скорее надежда, чем реалистичное предположение.
И, как говорится, «любопытной Варваре нос на базаре оторвали». Не хотелось бы, чтобы эта пословица обрела глобальный смысл — «любопытство погубило человечество».