Никто не знает, уничтожит ли нас зеркальная жизнь

В феврале 2019 года около 30 синтетических биологов и этиков собрались в конференц-центре в Северной Вирджинии, чтобы обсудить самые рискованные и перспективные идеи для финансирования Национальным научным фондом (NSF). К концу встречи они пришли к одному особенно интригующему проекту — созданию «зеркальных» бактерий. Эти лабораторные микроорганизмы будут устроены как обычные, но с одной ключевой особенностью: их биологические молекулы — белки, сахара, липиды — будут зеркальными копиями природных. ДНК, РНК и другие компоненты живых клеток обладают хиральностью, то есть имеют определённую пространственную ориентацию. У зеркальных молекул эта ориентация будет обратной.

Учёные были в восторге. «Каждый — буквально каждый — считал это крутой идеей», — вспоминает Джон Гласс (John Glass), синтетический биолог из Института Дж. Крейга Вентера в Ла-Хойя, Калифорния, один из пионеров создания синтетических клеток. По его словам, это был «невероятно сложный проект, который мог бы открыть новые горизонты в понимании устройства и создания клеток, а также происхождения жизни на Земле». Были и медицинские перспективы: зеркальные бактерии могли бы стать биофабриками, производящими лекарства, не вызывающие иммунных реакций.

После встречи участники предложили выделить гранты нескольким исследовательским группам для разработки инструментов и первых экспериментов. Энтузиазм был глобальным: крупные проекты в области зеркальной биологии начали финансировать в Китае, Германии и других странах.

Но к 2024 году многие из тех, кто участвовал в обсуждении, изменили своё мнение. Они стали убеждены, что в худшем сценарии зеркальные организмы могут стать причиной катастрофы, угрожающей всей жизни на планете. Такие микроорганизмы могли бы размножаться без естественных врагов и обходить иммунную защиту людей, животных и растений.

«Я бы хотел, чтобы однажды за кофе мы вдруг осознали: мир вот-вот закончится. Но этого не произошло».

Кейт Адамала, синтетический биолог, Университет Миннесоты

В течение последних двух лет учёные бьют тревогу. В декабре 2024 года они опубликовали статью в журнале Science и приложили к ней 299-страничный технический отчёт о рисках. Появились эссе, дискуссионные панели, а также некоммерческая организация Mirror Biology Dialogues Fund (MBDF), призванная изучать и смягчать угрозы. Тема получила широкий резонанс в СМИ и вызвала дебаты не только среди биологов, но и среди биоэтиков и политиков.

Зеркальная жизнь

Французский химик и микробиолог Луи Пастер первым заметил, что биомолекулы обладают «рукостью» — хиральностью. В XIX веке он назвал все живые существа «функциями космической асимметрии». Что будет, если заменить природные молекулы их зеркальными копиями? Этот вопрос оставался теоретическим на долгие годы.

Сегодня учёные понимают, что хиральность лежит в основе самой жизни, хотя неясно, почему именно. У человека 19 из 20 стандартных аминокислот, из которых строятся белки, хиральны — и все одинаковой ориентации. Форма белков определяет их функции, а взаимодействие с другими молекулами происходит через хиральные структуры. Практически все рецепторы на поверхности клеток — хиральные. При инфекции иммунная система использует хиральность, чтобы распознать и связать антигены и начать выработку антител.

В 1992 году учёные впервые синтезировали зеркальный белок. Это вызвало первые предупреждения: химики из Университета Пердью отметили, что если зеркальный организм сбежит из лаборатории, он будет неуязвим для атак «нормальной» жизни. В статье Wired 2010 года говорилось, что если такой микроб научится фотосинтезировать, он может уничтожить всё живое.

Но тогда синтетическая биология не восприняла угрозу всерьёз. «Это была почти чисто теоретическая дискуссия 20 лет назад», — говорит Дэвид Релман (David Relman), специалист по инфекционным болезням и микробиомам из Стэнфорда.

Ситуация изменилась. Учёные быстро продвигаются в создании зеркальных версий клеточных механизмов: ДНК, ДНК-полимераз, РНК и рибосом — фабрик по производству белков. Если удастся создать самовоспроизводящиеся зеркальные рибосомы, это откроет путь к массовому производству зеркальных белков для медицины. Но если встроить их в синтетическую клетку, можно получить живой зеркальный микроорганизм.

На встрече 2019 года участники не осознавали, насколько быстро идёт прогресс. «Мы были изолированы в своих областях», — признаётся Гласс. Химики не знали, что биологи уже создают синтетические клетки. Биологи не понимали, что химики наращивают размеры зеркальных макромолекул. «В комнате не было иммунолога или специалиста по инфекциям», — вспоминает он. — «Я был ближе всех, но мои исследования не касаются механизмов заражения».

Параллельно, примерно с 2016 года, в фонде Open Philanthropy (позже переименован в Coefficient Giving) начали изучать катастрофические биологические риски. В 2019 году они начали финансировать Кевина Эсвелта (Kevin Esvelt) из MIT Media Lab, чтобы тот оценил угрозу, связанную с зеркальной жизнью.

Эсвелт ранее прославился как создатель генных драйвов на основе CRISPR — технологии, способной изменить целые популяции. Уже тогда он предостерегал от её использования без жёстких мер безопасности. «Имеете ли вы право ставить эксперимент, который при провале затронет весь мир?» — спрашивал он в 2016 году.

Теперь он начал изучать зеркальную биологию. Чем больше он узнавал о микробах, иммунитете и экосистемах, тем сильнее его тревожила мысль: зеркальные организмы могут оказаться неуязвимы для естественных защитных механизмов. Даже если первые версии будут хрупкими, существующие технологии позволяют быстро создать более устойчивые штаммы. А значит, их можно использовать как биооружие.

В феврале 2022 года Эсвелт обсудил свои опасения с Релманом в ресторане под Вашингтоном. Он надеялся, что тот скажет: «Ты ошибаешься». Но Релман был встревожен.

Тревога распространяется

Вернувшись в Калифорнию, Релман углубился в тему. Он консультировал ведущих специалистов — экологов, микробиологов, иммунологов. «Я надеялся, что кто-то скажет: Ты ошибаешься, это не так страшно», — говорит он. — «Но каждый раз я слышал: Это ново и пугающе».

Тревога нарастала. Релман, вместе с Джеком Сцоттаком (Jack Szostak) из Чикагского университета и Кейт Адамалой, начал искать аргументы против гипотезы о гибели человечества. Адамала, которая участвовала в первом гранте NSF, была шокирована: «Я стыжусь, что не увидела риска первой».

Целью стало опровергнуть гипотезу. «Было бы здорово, если бы мы ошибались», — говорит Воэн Купер (Vaughn Cooper), микробиолог из Университета Питтсбурга. Но чем больше учёные узнавали, тем яснее становилась картина: зеркальный организм может быть неостановим.

Некоторые учёные выступают против апокалиптического сценария, считая, что опасность преувеличена.

Тимоти Хэнд (Timothy Hand), иммунолог из Питтсбурга, сначала не воспринял угрозу всерьёз: «Иммунная система может вырабатывать антитела к любой форме. Что за разница — зеркальная она или нет?». Но, изучив механизм, он понял проблему: макрофаги, распознающие вторженцев, используют хиральные рецепторы. Если организм не может «увидеть» зеркального микроба, он не сможет на него ответить. «Отсутствие врождённого иммунного ответа — крайне опасная ситуация для хозяина», — говорит Хэнд.

К началу 2024 года тревога охватила и Гласса. Когда Релман и Джеймс Уэгстафф (James Wagstaff) из Open Philanthropy приехали к нему, он сначала не поверил. «Я думал: Этого не может быть», — говорит он. Но по мере обсуждения он почувствовал себя плохо. «Я осознал, что работа, которой я занимался 20 лет, может привести к катастрофе».

Во второй половине 2024 года группа учёных подготовила отчёт и статью для Science. Релман провёл брифинги в Белом доме, в спецслужбах, в Национальном институте здравоохранения и NSF. «Мы информировали ООН, правительства Великобритании, Сингапура, Бразилии, — рассказывает Гласс. — Мы не хотели никого застать врасплох».

Усилия дали результат. ЮНЕСКО рекомендовала глобальную мораторий на создание зеркальных клеток. Фонды, включая Alfred P. Sloan Foundation, отказались финансировать такие исследования. Bulletin of the Atomic Scientists упомянул зеркальную жизнь в отчёте о Часах Судного дня. В марте Научный совет при Генсеке ООН опубликовал доклад, в котором отмечалось, что прогресс в синтезе зеркальных молекул снижает порог для создания зеркального микроба.

«На данном этапе, думаю, никто не верит, что нужно создавать зеркальную жизнь, — говорит Джеймс Смит, руководитель MBDF. — Теперь вопрос в том, какую часть исследований разрешить, и кто будет следить за соблюдением правил».

Где провести черту?

Не все согласны с тем, что зеркальные организмы — экзистенциальная угроза. Без экспериментов сложно проверить, как они поведут себя в иммунной системе. Некоторые учёные считают, что опасность преувеличена. Другие указывают, что некоторые углеводы (гликаны) уже существуют в двух формах — и иммунная система распознаёт обе. Эксперименты с зеркальными молекулами, считают они, могли бы прояснить риски.

Даже среди тех, кто верит в худший сценарий, нет согласия: где провести границу между допустимыми и запрещёнными исследованиями?

Энди Эллингтон (Andy Ellington) из Университета Техаса в Остине считает, что зеркальные организмы появятся не скоро. «Если человечеству и грозит гибель, это где-то на 382-м месте в моём списке», — шутит он. Но признаёт: тема сложная, и дискуссии должны продолжаться.

Среди тех, кто верит в угрозу, спорят о границах. Кейт Адамала предлагает остановиться на рибосомах — ключевом элементе для самовоспроизводящейся клетки. Создав их, шаг к живому организму станет почти неизбежным. Но Цзюй Тин (Ting Zhu) из Университета Вэстлейк считает, что зеркальные рибосомы полезны для медицины и их создание не равнозначно созданию жизни. «Крайне важно отличать зеркальную молекулярную биологию от зеркальной жизни», — подчёркивает он. Он предлагает разработать общие правила безопасности для всех синтетических организмов, а не только зеркальных.

Эсвелт убеждён: исследования нужно приостановить, возможно, навсегда. «Никто не опроверг гипотезу, что зеркальная жизнь может уничтожить всё. Риск потери всего будущего человечества не стоит ничтожной доли экономики. С экзистенциальными угрозами так не шутят», — говорит он.

Учёные уже сталкивались с подобными дилеммами. После пандемии COVID-19 ВОЗ выпустила рекомендации по биологическим рискам. В 1970-х CDC ввела уровни биологической безопасности (BSL). А в 1975 году на конференции в Асиломаре генетики договорились о моратории на исследования с рекомбинантной ДНК, пока не будут разработаны правила.

Асиломар часто называют образцом научной саморегуляции. Но, по словам историка науки Луиса Кампоса (Luis Campos), это миф. «На самом деле всё было хаотично и эмоционально. Обсуждали технику, но не последствия для общества. Решения начали принимать только тогда, когда юристы заговорили о ответственности».

Пока непонятно, помогут ли эти примеры зеркальной биологии. Возможны три сценария: зеркальная жизнь невозможна, возможна, но безопасна, или возможна и смертельно опасна. Сейчас учёные балансируют между страхом и любопытством. Кто-то считает, что нужно остановиться. Другие — что нельзя гасить науку из-за гипотетических угроз. Ясно одно: вопрос о зеркальной жизни заставляет науку заглянуть в саму себя — и в бездну будущего.

Читать оригинал