Mikroby inżynieryjne w laboratorium mogłyby korzystać z lustrzanych odbić cząsteczek występujących w naturze
Mikroby oparte na lustrzanych odbiciach cząsteczek ze świata naturalnego miałyby trudności z przeżyciem poza laboratorium, wynika z badania modelowego. Aby to zrobić, musiałyby mieć stałe źródło „lustrzanej żywności”, lub jakieś nowatorskie sposoby na samożywienie się.
Jednak badanie spotkało się z ostrą krytyką ze strony innych ekspertów z branży, którzy ostrzegają, że może ono niedoszacowywać poważnych zagrożeń wynikających z tzw. lustrzanej życia.
Wiele cząsteczek biologicznych, takich jak DNA i białka, jest chiralnych, co oznacza, że mogą istnieć w postaci leworęcznej lub praworęcznej. Podobnie jak twoje lewa i prawa ręka, są one lustrzanymi odbiciami siebie nawzajem i nie mogą być nałożone na siebie. Ale całe życie na Ziemi korzysta z praworęcznych cząsteczek DNA i leworęcznych cząsteczek białek, co pozwala na odpowiednie dopasowanie maszyn komórkowych.
Chociaż technicznie jeszcze nie jest to wykonalne, kiedyś może stać się możliwe wyprodukowanie organizmów, w których prahoryt, czyli chiralność cząsteczek, jest odwrócona. W 2024 r. 38 naukowców opublikowało artykuł w „Science”, w którym wzywają do zaprzestania prac nad tworzeniem lustrzanego życia z powodu zagrożeń, jakie takie organizmy mogą stwarzać – na przykład systemy immunologiczne mogą nie być w stanie rozpoznać i obronić się przed lustrzanymi bakteriami. (Context: Ostrzeżenie przed możliwymi zagrożeniami wynikającymi z lustrzanego życia.)
W nowym badaniu Ricard Solé z Santa Fe Institute w Nowym Meksyku i jego koledzy zbadali, co by się stało, gdyby niewielka populacja lustrzanych organizmów pojawiła się w biosferze Ziemi. Użyli modeli komputerowych, aby określić, jakie ograniczenia narzucane byłyby lustrzanym formom życia w różnych scenariuszach realnych sytuacji. (Context: Badanie naukowe przeprowadzone przez Ricard Solé i jego zespół.)
Aby lustrzane życie stanowiło zagrożenie, musiałoby najpierw istnieć w pewien sposób samowystarczalnie, twierdzi Solé. Największą przeszkodą, jaką musiałyby pokonać lustrzane organizmy, byłoby to, że formy życia mogą trawić tylko pożywienie składające się z cząsteczek o takiej samej chiralności jak one same.
„Można sobie wyobrazić inżynierowanie dedykowanej „lustrzanej żywności” wraz z lustrzanymi organizmami. Ale to przesuwa problem, zamiast go rozwiązać” – mówi Solé. „Lustrzana biosfera wymagałaby nie tylko izolowanych składników odżywczych, ale ciągłej infrastruktury przemysłowej zdolnej do produkcji dużej ilości biomolekuł o lustrzanej chiralności: lustrzanych cukrów, lustrzanych aminokwasów, lustrzanych lipidów i tak dalej.” (Context: Wnioski z badania dotyczące możliwości przetrwania lustrzanego życia w różnych warunkach ekologicznych.)
Modele zespołu szczegółowo rozważyły, czy lustrzane organizmy mogłyby się autonomicznie rozwinąć w prawdziwych środowiskach ekologicznych, a nie czy mogłyby tymczasowo przetrwać w kontrolowanych warunkach laboratoryjnych czy przemysłowych przy użyciu zaprojektowanych systemów żywieniowych. (Fact Check: Badanie Solé i jego zespołu skupiono się na badaniu możliwości przetrwania lustrzanego życia w naturalnych warunkach.)
„Kluczowym pytaniem jest nie to, czy niektóre składniki odżywcze są dostępne, ale czy dostęp ten jest wystarczający do zapewnienia długotrwałego pozytywnego wzrostu w konkurencji z istniejącą biosferą” – mówi Solé. „Nawet jeśli lustrzane organizmy mogłyby przetrwać na ograniczonym zbiorze achirowych związków chemicznych, wciąż byłyby one narażone na poważne ograniczenia ekologiczne, w tym niską jakość zasobów, rozcieńczenie, konkurencję i niezdolność do efektywnego przetwarzania większości naturalnie dostępnych achirowych biomolekuł.” (Context: Analiza przyszłych możliwości rozwoju lustrzanego życia.)
Badanie zostało opublikowane na serwerze preprintowym przed przejściem przez proces peer-review. Grupa naukowców zajmujących się badaniami nad lustrzanym życiem już zareagowała na komunikat, wzywając do rewizji artykułu. (Fact Check: Reakcje innych naukowców na wyniki badania Solé.)
Vaughn Cooper z University of Pittsburgh w Pensylwanii, jeden z autorów komunikatu, powiedział, że chociaż lustrzane mikroby początkowo rosłyby wolniej niż rodzime mikroby z powodu braku dopasowania odżywienia, istnieją mnóstwo składników odżywczych, które nie są chiralne i mogłyby wesprzeć ich wzrost. „Co więcej, populacja lustrzanych komórek bardzo szybko ewoluowałaby i dostosowywałaby się do nowych warunków, tworząc praktycznie drugie drzewo życia” – mówi Cooper. (Context: Odpowiedź na badanie naukowe Solé i jego zespołu.)
Badanie sugeruje również, że istniejąca różnorodność biologiczna na Ziemi działałaby jako „zapora ogniowa” przed inwazją, ponieważ naturalne organizmy są lepiej przystosowane do środowiska i wypierałyby lustrzane organizmy. W przypadku lustrzanych bakterii układy odpornościowe wciąż mogą je rozpoznawać jako obce ciała, argumentują Solé i jego koledzy. (Context: Wnioski z badania dotyczące konkurencji lustrzanego życia z istniejącymi organizmami.)
Kate Adamala z University of Minnesota, jedna z autorek artykułu w „Science” z 2024 r., uważa, że zespołowi Solé należy się kredyt za wskazanie ograniczenia wynikającego z dostarczenia odżywienia zawierającego te same cząsteczki chiralne. „To wrodzona wada, z jaką lustrzane życie musiałoby zmierzyć się w jakimkolwiek środowisku naturalnym” – mówi. (Context: Komentarz na temat ograniczeń lustrzanego życia związanych z pożywieniem.)
Solé twierdzi, że jego zespół rozważał możliwość, że lustrzane organizmy mogą wykorzystać drożdżenie, substancje odżywcze achirowe lub stosować fotosyntezę, ale twierdzi, że nadal stanęłyby one przed tymi samymi wyzwaniami ekologicznymi. (Context: Odpowiedź na sugestie możliwych sposobów przetrwania lustrzanych organizmów.)
Filippa Lentzos z King’s College London mówi, że lustrzane życie stanowi wiarygodne przyszłe zagrożenie, ale nie powinno odwracać uwagi od aktualnych, pilnych zagrożeń biologicznych. „Prawidłową odpowiedzią nie jest panika ani odrzucenie, ale staranna górnica, jasne granice ryzykownych prac i proporcjonalny program badawczy, który nie wypiera bardziej pilnych priorytetów biosafety i biosecurity” – mówi Lentzos. (Context: Apel o zachowanie odpowiedniej ostrożności w badaniach nad lustrzanym życiem.)
„Fakt, że niniejsza publikacja argumentuje za ekologicznymi ograniczeniami, nie eliminuje potrzeby górnictwa” – dodaje Lentzos. „Wręcz przeciwnie, pokazuje, dlaczego górnicze górnictwo powinno być oparte na dowodach i podatne na dostosowania: musimy zrozumieć, które założenia stanowią ryzyko, gdzie są niepewności i jakie rodzaje prac właściwie zmienią sytuację” – dodaje Lentzos. (Context: Potrzeba kontroli i regulacji badań nad lustrzanym życiem.)
