Foreign Affairs | США
Мир скоро столкнется с новой угрозой — зеркальной жизнью, пишет FA. Речь о появлении зеркально-симметричных молекул, которые отличаются от существующих как правая рука от левой. Бактерии из таких молекул смогут обходить биологическую защиту человека, что приведет к распространению неизлечимых инфекций, предупреждает автор статьи.
Лиям Читаят (Liyam Chitayat), Кейт Адамала (Kate Adamala)
Расскажем о перспективах и угрозах, которые несет с собой появление одной, столь удивительной, новой технологии
Причастно оказалось USAID: раскрыты секретные файлы про создание коронавируса
На протяжении вот уже многих лет ученые ведут разработки по теме так называемой "зеркальной жизни". Этот броский термин имеет отношение к одному из фундаментальных свойств биологической жизни. Суть в том, что все биологические молекулы обладают так называемой "хиральностью" – этим термином обозначают свойство объекта, при котором он не идентичен своему зеркальному изображению. Скажем, левая и правая руки имеют зеркальную симметрию, но они не могут быть наложены друг на друга; то же самое (то есть противопоставление "левый-правый") наблюдается и в биологической материи [в статье под "зеркальной жизнью" понимаются гипотетические формы жизни, которые основаны на зеркально-симметричных молекулах (энантиомерах), то есть таких молекулах, которые отличаются друг от друга как правая рука от левой. – Прим. перев.]. Интересно, что жизнь во всех своих проявлениях демонстрирует нам поразительное молекулярное единообразие: так, например, белки построены почти исключительно из "левосторонних" аминокислот, а ДНК использует "правосторонние" углеводы. Для создания в биологической материи зеркальных двойников нужно их "зеркально обратить", то есть необходимо было бы в лабораторных условиях разработать такие синтетические организмы, в которых право- и левосторонние молекулы, представляющие собой важнейшие молекулярные компоненты, поменялись бы местами. В результате мы могли бы создать такие живые организмы, которые были бы функционально эквивалентны тем, что встречаются в природе, однако при этом состоят из молекул, зеркально противоположных тем, из которых состоят живые организмы, обитающие на Земле. Такая зеркальная трансформация молекул позволила бы ученым смотреть на жизнь, образно говоря, словно через биологическое зеркало.
"Зеркальная жизнь" — это дело отдаленного будущего: ученым может потребоваться от 10 до 30 лет, чтобы создать "зеркальную клетку", способную участвовать в основных процессах жизнедеятельности. Однако эту технологию можно будет применять по-разному. Она может помочь ученым исследовать происхождение жизни, поскольку создание биохимии "зазеркалья" позволит нам получить представление о том, каким образом развивалась жизнь на Земле и какие формы жизни могли бы существовать на других планетах Солнечной системы. Биологические формы "зеркальной жизни" также могут найти множество применений в медицине и биопроизводстве. Например, человеческий организм пока не способен расщеплять зеркальные молекулы (энантиомеры), поэтому терапевтические средства на основе таких молекул могут оказаться более стабильными и долговечными, чем существующие.
Однако именно те характеристики, которые делают "зеркальную жизнь" столь ценной для дальнейшего исследования и терапевтических целей (ее устойчивость к естественному распаду, невидимость для эволюционировавших систем иммунного ответа и биологического контроля, а также ее независимость от существующих экологических ограничений) делают ее потенциально экзистенциальной угрозой. В опубликованном в июле этого года исследовании, соавтором которого является один из нас (Адамала), предполагает, что бактерии с обращенной молекулярной структурой могут, например, обходить биологическую защиту человека, умеющую распознавать лишь обычные бактерии и микробы. А это может привести к возникновению неизлечимых инфекций, которые станут распространяться среди людей, животных и растений. "Зеркальные" организмы также могут выступать в роли крайне агрессивных, инвазионных видов, поскольку они будут процветать без естественных своих антагонистов и конкурентов, а потому станут вытеснять полезных микробов, существующих в традиционных экосистемах. Еще более тревожным является тот факт, что традиционные антибиотики и противовирусные препараты, скорее всего, будут неэффективны в борьбе против "зеркальных" патогенов, поскольку эти препараты призваны воздействовать на молекулярные структуры, которые не являются зеркально обращенными. "Зеркальные" организмы, вероятнее всего, будут неуязвимы для иммунной системы человека, станут сопротивляться медицинским препаратам, затруднять терапию и нарушать экологический баланс.
Появление "зеркальной жизни", то есть организмов с зеркально-обращенной структурой, может показаться какой-то запредельной фантазией, однако уже сама возможность существования подобных форм жизни должна побудить правительства действовать уже сейчас, чтобы предотвратить связанные с ней риски. Лучше всего было бы вообще отложить разработку биотехнологии "зеркальной жизни". Однако если этого не произойдет, государствам необходимо будет действовать превентивно. Правительства не могут ждать пока научные сообщества сами разберутся и все отрегулируют. Вместо этого государствам необходимо заключить прочные международные соглашения, по возможности используя существующие механизмы и конвенции, чтобы предотвратить надвигающуюся опасность.
Сквозь тусклое стекло
Каждая сложная биологическая молекула может существовать в двух формах, которые являются зеркальными отражениями друг друга. Для того, чтобы создать функционирующую зеркально обращенную живую клетку, ученым нужно всего лишь инвертировать, то есть зеркально обратить, основные строительные кирпичики этой клетки. В результате мы получим организм – зеркально обращенную, "зеркальную" клетку, которая будет вести себя подобно обычной и, при этом, станет полезным объектом научных исследований, а также платформой для дальнейшего практического применения в биоинженерии и медицине.
Шведский футуролог назвал шесть сценариев апокалипсиса: "растет уровень рисков в целом"
К сожалению, тревога по поводу безопасности, связанной с такими "зеркальными" клетками, значительно перевешивает возможные преимущества. Представьте себе: в результате случайного нарушения норм безопасности в лаборатории одна такая "зеркальная" бактерия, состоящая из энантиоморфных молекул, просачивается через микроскопическую трещину в защитной оболочке, скажем, на одежде лаборанта или в оборудовании. А затем, через несколько часов она начинает размножаться во внешней среде, питаясь в питательной среде моносахаридами и другими органическими соединениями, которые существуют повсюду в природе. А поскольку ни один из обычных живых организмов не выработал в процессе эволюции механизм, способный конкурировать с "зеркальной жизнью", и не может ею питаться, то сбежавшая бактерия станет размножаться быстрыми темпами и ни один из живых организмов не сможет ей помешать.
Распространяясь через почву, воду и воздух, такая "зеркальная" бактерия станет вытеснять жизненно важные микроорганизмы, которые составляют основу пищевых цепей Земли. Растения постепенно будут гибнуть, водные экосистемы из-за исчезновения фитопланктона — разрушаться, а человечество начнет постоянно сталкиваться с неурожаем и неизлечимыми инфекциями, способными обходить любую иммунную защиту, выработанную в ходе эволюции. В отличие от обычных пандемий, которые в конечном итоге выдыхаются сами или благодаря современной медицине, биологическое вторжение организмов с зеркально обращенной молекулярной структурой фактически запустит альтернативную траекторию эволюции, при которой ко всем ныне существующим живым системам будет теперь добавляться "зеркальная жизнь". Однако инструментов, имеющихся у общества на сегодняшний день, будет совершенно недостаточно для того, чтобы обратить вспять или остановить распространение такого нового организма.
Иллюзия сдерживания
Еще в 1975 году ученые предприняли активные действия для предотвращения возможных угроз, добровольно введя мораторий в мировом масштабе на исследования рекомбинантной ДНК и созвав для этого Асиломарскую конференцию с целью разработки правил безопасности в отношении таких исследований [Асиломарская конференция по рекомбинантной ДНК проведена в феврале 1975 года в Асиломар-Стейт-Бич, штат Калифорния, с целью обсудить потенциальные риски биологической опасности и регулирование биотехнологий. — Прим.перев.]. В конечном итоге запрет был снят. Этот беспрецедентный акт научного саморегулирования успешно предотвратил жесткое государственное вмешательство, позволив генной инженерии безопасно развиваться в соответствии с согласованными международными стандартами. Именно на этот пример нам следует обратить сейчас внимание, когда речь заходит о разработках в области так называемой "зеркальной жизни" (то есть создания организмов с зеркально обращенной молекулярной структурой) и о наших действиях, которые необходимо предпринимать.
Риски, связанные с "зеркальной жизнью", могут в значительной степени превосходить те риски, которые связаны с любым из обычных патогенов. Однако эта беспрецедентная опасность также открывает перед нами исключительные возможности. В отличие от ядерного, химического, а также биологического оружия природного происхождения, "зеркальная жизнь" пока не существует. Это дает международному сообществу редкую возможность предотвратить экзистенциальную угрозу заблаговременно, до ее возникновения, а не пытаться контролировать ее постфактум.
Лучший способ избежать катастрофы — заморозить работы по теме "зеркальной жизни". Однако если это окажется невозможным, то единственным выходом будет обеспечение тщательной охраны любых работ по созданию организмов с зеркально обращенной молекулярной структурой. Если мы будем строго придерживаться стратегии сдерживания, то есть предотвращения распространения биологических агентов, и методов биологического контроля, поддерживаемых специализированными лабораториями и обеспечиваемых международными регулирующими соглашениями, то в результате возникновение катастрофы будет маловероятными. Однако подобные жесткие меры не исключат риск полностью.
Действующие в настоящее время в протоколах обеспечения биологической безопасности уже предписывается, что с опасными патогенами необходимо обращаться с соблюдением строжайших мер предосторожности, например, работы с вирусами Эбола и Марбург должны проводиться в герметичных помещениях, в которых давление воздуха ниже, чем в окружающей среде, и которые оснащены системами фильтрации воздуха. Эти протоколы внесли огромный вклад в сокращение утечек инфекционного материала из лабораторий и обеспечения безопасности при работе с ними, причем количество подобных происшествий значительно снизилось с момента внедрения в 1970-х и 1980-х годах современных систем биобезопасности. Тем не менее, даже несмотря на эти строгие стандарты, абсолютно всех несчастных случаев предотвратить не удалось. Так, например, в период с 2003 по 2004 год вирус SARS несколько раз вырывался за стены лабораторий в Китае, Сингапуре, Тайване и в других местах; в 2014 году на объектах Центров по контролю и профилактике заболеваний США (CDC) имели место случаи заражения сибирской язвой. В том же году сотрудники Национальных институтов здравоохранения США (NIH) нашли живые образцы вируса оспы в неиспользуемом хранилище спустя десятилетия после того, как этот вирус был, как сообщалось, уничтожен во всех авторизованных хранилищах, за исключением двух. Иными словами, ни одна из ныне применяющихся мер сдерживания не дает стопроцентной гарантии безопасности. Фактически, любой несчастный случай может привести к катастрофе, масштаб которой в случае утечки "зеркальных" организмов будет колоссальным и беспрецедентным. А преднамеренное и злонамеренное использование "зеркальных" организмов будет еще сложнее проконтролировать.
Под боком у России. США проводят опасные эксперименты в армянских биолабораториях
Правительства разных стран мира должны подготовиться к этому ужасному риску и работать сообща. Благодаря скоординированным действиям и международным соглашениям можно было бы создать единые стандарты безопасности и обеспечить обмен информацией в режиме реального времени об исследовательской деятельности с целью предотвращения создания клеток с зеркально обращенной молекулярной структурой, или "зеркальных" клеток. Если же все остальное не сработает, странам необходимо будет разработать протоколы быстрого реагирования, которые помогут предотвратить любую случайную утечку еще до того, как она станет распространяться по всему миру. В прошлом страны уже объединяли усилия для борьбы с угрозами биологической безопасности. Конвенция о биологическом оружии (КБО), вступившая в силу в 1975 году и насчитывающая 189 участников, запрещает странам разрабатывать, производить и приобретать биологические агенты или токсины, не имеющие оправданного назначения. Создатели этой конвенции явно не имели в виду "зеркальные" формы жизни, хотя и их нужно считать биологическим оружием и, следовательно, они также должны подпадать под действие этой конвенции.
Несмотря на множество недостатков, КБО все-таки помогла предотвратить распространение биологического оружия. Например, в 1990-х годах благодаря КБО инспекторы смогли обнаружить и уничтожить запасы таких агентов, как сибирская язва, ботулинический токсин и афлатоксин, которые иракское правительство хранило в нарушение договора. Однако подлинная ценность КБО заключается в ее сдерживающей силе, из-за чего страны не рискуют разрабатывать такое оружие. Признание "зеркальных" форм жизни в качестве биологического оружия немедленно привело бы к формированию международных надзорных структур, которым бы поручалось расследовать факты, связанные с созданием "зеркальной жизни", вводить санкции против стран-нарушительниц и давать разрешение на проведение международного вмешательства. Однако КБО была разработана для регулирования ныне известных биологических агентов, а не каких-то совершенно новых категорий угроз. И она очень слаба по сравнению с другими международными договорами; в отличие от Договора о нераспространении ядерного оружия и Конвенции о запрещении химического оружия, ей не хватает действенных формальных механизмов проверки, обязательных инспекций или методов принуждения. Для включения в эту конвенцию нового патогена (или нового типа организма вызывающего опасения организма) необходимо согласие всех подписавших ее государств, а этот процесс может быть сложным и труднодостижимым.
Коллективная ответственность
Таким образом, мы понимаем, что политики, ученые и международные регулирующие органы должны совместно работать над созданием системы контроля над работами по созданию живых организмов с обращенной молекулярной структурой("зеркальной жизни"), причем, эта система контроля, скорее всего, будет отличаться от КБО (хотя, вполне возможно, может быть создана и по ее образцу). Сначала им необходимо разработать план по созданию технологий, связанных с синтезированием "зеркальных" форм живых организмов, обозначив ключевые этапы, которые будут сигнализировать о реальном прогрессе на пути к ее реализации (здесь, например, имеется в виду разработка крупномасштабного синтеза "зеркального" генома, то есть генома с зеркально обращенной молекулярной структурой). С помощью этого механизма международной системы контроля необходимо также отслеживать перспективные технологии, такие как синтез "зеркальных" пептидов и ДНК, без которых синтез "зеркальных" форм жизни невозможен. Информация об этом может быть использована для разработки руководящих принципов касательно вопроса о том, какие именно научные исследования следует разрешать, а какие нужно запретить, причем это будет касаться не только государственных учреждений, но и любых других субъектов, которые находятся в пределах границ стран, подписавших это новое соглашение.
После того, как эта система контроля будет создана, международные исследовательские консорциумы и национальные органы здравоохранения должны разработать контрмеры, которые позволили бы защитить мировое сообщество от случайной или же преднамеренной утечки "зеркальной жизни". Например, ученые уже начали разрабатывать "зеркальные" антибиотики, которые могли бы воздействовать на "зеркальные" организмы, не затрагивая естественные бактерии и обеспечивая потенциальную защиту от "зеркальных" инфекций. Однако вопрос о последствиях влияния "зеркальных" организмов на окружающую среду в настоящее время не имеет определенного ответа. В худшем случае вышедшие из-под контроля "зеркальные" организмы могут вытеснить важные микроорганизмы в почвенных и водных экосистемах, вызвав тем самым сбои в функционировании пищевых цепочек, благодаря чему, собственно, и держится вся жизнь на планете Земля. Ученые должны постоянно мониторить потенциальные угрозы, а для этого — изучать реакцию иммунных систем различных организмов (включая людей, растения и бактерии) на организмы с обращенной молекулярной структурой. Полученные результаты следует использовать для обновления рекомендаций и формирования политики в этой области.
"Разработан в лаборатории". Американские конгрессмены обвинили Китай в распространении COVID-19
Стратегии и руководящие принципы не имеют большой ценности, если их не применяют и не контролируют. Правительства стран при поддержке международных организаций по мониторингу должны установить обязательные правовые нормы, четко прописав санкции за их нарушения. Страны должны следовать последним рекомендациям, например, при приеме решений о блокировке финансирования тех проектов, связанных с созданием "зеркальных" форм жизни. У стран также должны быть возможность использовать торговые ограничения и меры экспортного контроля для ограничения доступа к специализированным материалам и оборудованию, которые необходимы для разработки "зеркальных" организмов. Например, несмотря на то, что "зеркальные" аминокислоты могут быть важнейшими компонентами терапевтических препаратов на основе "зеркальных" пептидов, правительства все равно могли бы установить контроль за редкими "зеркальными" нуклеотидами, которые предназначены отнюдь не для терапевтических целей, а необходимы для создания "зеркальной" ДНК и жизнеспособных "зеркальных" организмов. Такой целенаправленный контроль позволил бы продолжать полезные исследования, одновременно с этим создавая значительные барьеры для проведения наиболее опасных научно-исследовательских работ и вынуждая тем самым потенциальных нарушителей находить какие-то другие обходные пути. Но и эти пути вряд ли бы оказались вне поля зрения международных разведывательных служб.
Правительствам также следует определить наиболее оптимальные способы реагирования на возможные нарушения протоколов, регулирующих "зеркальные" организмы. Для того, чтобы меры реагирования были эффективны, они должны быть реализованы на международном уровне и, следовательно, подпадать под международную систему контроля — либо через обновленную версию КБО, либо через новую правовую базу, разработанную с учетом мнения разных государств. При наличии подобного рода угроз никто не останется в безопасности — либо безопасность будет гарантирована всем, либо никому.
Легче предупредить ошибку
Работы по созданию "зеркальной жизни", то есть организмов с обращенной молекулярной структурой, в корне отличаются от большинства биоинженерных и биотехнологических исследований, которые ведутся в настоящее время. У человечества пока что есть время общими усилиями активно разрабатывать нормативную базу и международные нормы, регулирующие работы по созданию "зеркальных" организмов, прежде чем эта технология станет реальностью и станет создавать нам проблемы. Работа, направленная на выработку мер по снижению угрозы, которую в перспективе может нам создать "зеркальная жизнь" (а к этим мерам следует отнести и обновление КБО, и создание новой нормативной базы, адекватной технологическому прогрессу), также может помочь мировому сообществу эффективнее предотвращать и реагировать на возникновение глобальных биологических рисков.
Было бы исключительно важно, если бы правительства разных государств и научное сообщество могли совместными усилиями выявлять угрозы биобезопасности и разного рода риски задолго до того момента, как эти риски покажутся на горизонте. Благодаря этим усилиям мы получаем уникальную возможность наметить тот путь, по которому в дальнейшем будет идти научный прогресс, и не направлять ресурсы на проекты, таящие в себе потенциальную опасность. Вместе с тем мы можем совершенствовать меры противодействия биологическим угрозам и лучше подготовиться к противодействию биологическим рискам, закладывая тем самым основание для построения более стабильного и более безопасного будущего.
