Życie lustrzane, koncepcja obejmująca organizmy syntetyczne o odwróconej strukturze molekularnej, niesie ze sobą znaczne ryzyko pomimo jego potencjału w zakresie postępu medycznego.
Eksperci ostrzegają, że bakterie lustrzane mogą wymknąć się naturalnej kontroli biologicznej i potencjalnie ewoluować w celu wykorzystywania zasobów w sposób zakłócający ekosystemy i stwarzający nieprzewidziane zagrożenia dla środowiska i zdrowia publicznego.
Życie lustrzane
„Życie lustrzane” odnosi się do organizmów syntetycznych o strukturze molekularnej odwróconej od tej występującej w życiu naturalnym. Na pierwszy rzut oka stworzenie takich form życia wydaje się niemożliwe – i na razie tak jest. Nawet najprostsza bakteria lustrzana byłaby zbyt złożona, aby naukowcy mogli ją zbudować przy użyciu obecnej technologii.
Jednak idea życia lustrzanego nie może pozostać czysto teoretyczna. Szybki postęp biotechnologii może umożliwić jej powstanie w ciągu najbliższych kilku dekad. Jeśli zostaną zrealizowane, bakterie lustrzane mogą zrewolucjonizować opracowywanie leków, oferując przełomowe metody leczenia. Mogą jednak również stwarzać poważne zagrożenie dla środowiska, zachowując się w nieprzewidywalny i potencjalnie szkodliwy sposób.
Michael Kay, lekarz medycyny, profesor biochemii w Spencer Fox Eccles School of Medicine na Uniwersytecie Utah i ekspert w dziedzinie farmaceutyków lustrzanego odbicia, wyjaśnia naukę stojącą za życiem w lustrze i dlaczego jego zdaniem powinno ono pozostać hipotetyczne.
Pojęcie chiralności biologicznej
Aby porozmawiać o życiu w lustrze, muszę najpierw porozmawiać o zwykłym życiu. Wszystkie biomolekuły, z których składa się życie, np[{” attribute=”” tabindex=”0″ role=”link”>DNA and proteins, have a handedness to them, just like your hands. They could, in theory, come in a left-handed or a right-handed version. Billions of years ago, life on Earth standardized on left-handed proteins. All life that evolved from that has continued to use left-handed proteins.
So when we’re talking about mirror-image life, it’s kind of like a “what if” experiment: What if we constructed life with right-handed proteins instead of left-handed proteins? Something that would be very, very similar to natural life, but doesn’t exist in nature. We call this mirror-image life or mirror life. This type of life would only exist if it was made synthetically.
Potential Applications in Medicine
We’re one of the leading groups that is interested in this, and our interest is largely in mirror-image therapeutics.
If you give therapeutics to a person, especially protein or nucleic acid therapeutics, digestive enzymes in the body break them down rapidly, sometimes within minutes. This can make it very challenging to treat chronic illnesses in a way that’s cost-effective and convenient.
But mirror molecules are not recognized by those digestive enzymes, so they have the potential to last for a much longer period of time and to open up a whole new class of therapeutics that would allow us to treat a variety of diseases that are currently challenging.
Currently, we make mirror therapeutics chemically, stitching them together atom by atom. If we had mirror bacteria, which could make these for us, that could be a route to much more efficient large-scale production of mirror therapeutics.
Biologię lustrzaną można wykorzystać do stworzenia długotrwałych terapii. Co ważne, cząsteczki lustrzane utworzone chemicznie nie mogą się samoreplikować i dlatego nie stanowią żadnego zagrożenia związanego z bakterią lustrzaną. Źródło: Judah Evangelista / Kay Lab.
Zagrożenia organizmów syntetycznych
Organizm lustrzany wchodziłby w interakcję z resztą naszego świata w nieprzewidywalny i niepewny sposób.
Istnieje prawdopodobne zagrożenie, że lustrzane życie może replikować się w sposób niekontrolowany, ponieważ jest mało prawdopodobne, że będzie kontrolowane przez którykolwiek z naturalnych mechanizmów zapobiegających przerostowi bakterii.
Są to na przykład drapieżniki bakterii, które pomagają utrzymać je pod kontrolą, antybiotyki i układ odpornościowy, od których nie oczekuje się, że będą działać na organizm lustrzany, oraz enzymy trawienne.
Istnieje realna możliwość, że bakterie lustrzane miałyby trudności ze znalezieniem wystarczającej ilości pożywienia, aby rosnąć, lecz jesteśmy pokorni w obliczu ewolucji.
Jeśli te bakterie w ogóle będą w stanie rosnąć – a istnieją dowody na to, że prawdopodobnie będą w stanie rosnąć, przynajmniej w pewnym stopniu, w naszym świecie naturalnym – być może z czasem wyewoluują zdolność zjadania naszej żywności i przekształcania odzwierciedlać jedzenie. Gdyby tak się stało, zwolniłoby to hamulec ich wzrostu, a wtedy wszystkie inne mechanizmy kontrolne, o ile możemy stwierdzić, nie byłyby skuteczne przeciwko tym bakteriom lustrzanym.
Ale w tym ustaleniu jest dużo niepewności. W tym momencie nie mamy wystarczających informacji, aby dokonać ostatecznego oszacowania ryzyka.
Horyzonty technologiczne i przyszłe możliwości
Najważniejsze jest, aby ludzie wiedzieli, że nie ma bezpośredniego zagrożenia. Nigdy nie zbudowaliśmy czegoś nawet tak złożonego jak cała komórka bakteryjna. Jest to niezwykle trudne i wciąż potrzebne są nowe technologie, aby móc to robić w wystarczająco efektywny sposób.
Jednak jesteśmy obecnie w bardzo ekscytującym okresie w biologii syntetycznej, gdzie nowe technologie, synteza chemiczna i minimalny rozwój komórek postępują szybko, dlatego pomyśleliśmy, że to dobry moment, aby naprawdę przeprowadzić tę dyskusję, ponieważ te podstawowe technologie zaczynają się rozwijać. rozwijać się i pojawiać.
Myślę, że według najlepszych szacunków czasowych, jakie posiadamy, będziemy prawdopodobnie od jednej do trzech dekad od osiągnięcia czegoś takiego, jeśli uznamy to za priorytet. Wymagałoby to ogromnych zasobów i współpracy ogromnego konsorcjum międzynarodowych naukowców specjalizujących się w różnych aspektach budowy komórek.
To na pewno nie stanie się z dnia na dzień. Ale nie jest to tak odległa przyszłość, abyśmy myśleli, że jest to coś, co możemy po prostu mieć nadzieję, że nie stanie się to przez jakiś czas.
Ograniczanie ryzyka i planowanie z wyprzedzeniem
Mamy nadzieję, że niniejszy komentarz zapoczątkuje szeroką dyskusję na ten temat z szerokim gronem interesariuszy. W nadchodzącym roku planujemy rozpocząć organizowanie międzynarodowych konferencji w celu omówienia zagrożeń i współpracy z międzynarodowymi agencjami w celu opracowania ram regulacyjnych, które pozwoliłyby nam zapobiegać tym zagrożeniom.
Nie miałoby to wpływu na niczyje obecne badania. Uważamy, że istnieje możliwość, zanim od tego zależą czyjekolwiek życie, zdefiniowanie odpowiedzialnych kierunków badań, linii, które powinny zostać dokładnie ocenione przez organy regulacyjne, oraz linii, których nie powinniśmy przekraczać.
Ważne jest, aby odróżnić życie luster od łagodnych zastosowań technologii luster, które są już w toku. Leki lustrzane są obecnie opracowywane, w tym w naszym laboratorium. Ponieważ są one wytwarzane chemicznie, nie ma ryzyka, że będą stwarzać jakiekolwiek niebezpieczeństwa, które wiążą się wyłącznie z tworzeniem samoreplikujących się bakterii lustrzanych.
Kiedy już powstanie ogniwo lustrzane, próba włożenia tego dżina z powrotem do butelki będzie niezwykle trudna. To duża motywacja, dla której myślimy o zapobieganiu i regulacji na długo przed potencjalnym rzeczywistym ryzykiem.
Odniesienia: „W obliczu ryzyka życia lustrzanego” Katarzyna P. Adamala, Deepa Agashe, Yasmine Belkaid, Daniela Matias de C. Bittencourt, Yizhi Cai, Matthew W. Chang, Irene A. Chen, George M. Church, Vaughn S. Cooper , Mark M. Davis, Neal K. Devaraj, Drew Endy, Kevin M. Esvelt, John I. Glass, Timothy W. Hand, Thomas V. Inglesby, Farren J. Isaacs, Wilmot G. James, Jonathan DG Jones, Michael S. Kay, Richard E. Lenski, Chenli Liu, Ruslan Medzhitov, Matthew L. Nicotra, Sebastian B. Oehm, Jaspreet Pannu, David A. Relman, Petra Schville, James A. Smith, Hiroaki Suga, Jack W. Szostak, Nicholas J. Talbot, James M. Tiedje, J. Craig Venter, Gregory Winter, Weiwen Zhang, Xinguang Zhu i Maria T. Zuber, 12 grudnia 2024 r., Nauka.
DOI: 10.1126/science.ads9158
Komentarz Kay i innych ekspertów został opublikowany w: Nauka Jak „Konfrontacja z ryzykiem życia lustrzanego”.
Obraz banera został zmodyfikowany i jest kredytem NIAID.
