Издание The Economist призвало с осторожностью относиться к исследованиям, которые в будущем могут привести к созданию «зеркальной жизни» — гипотетических организмов, созданных из зеркальных версий биологических молекул. Они, по мнению авторов материала, представляют собой риск как для человечества, так и для планеты в целом. RT разобрался, что такое «зеркальная жизнь», насколько учёные продвинулись в её создании и чем она потенциально опасна.

Многие биологические молекулы имеют две формы — левую (L-форма) и правую (D-форма), которые являются зеркальными отражениями друг друга, но отличаются расположением атомов в пространстве. Такое свойство называют хиральностью, а две зеркальные формы одной молекулы — энантиомерами или зеркальными изомерами.

Одним из первых хиральность исследовал французский химик Луи Пастер. В 1848 году, изучая кристаллы натриево-аммониевой соли виноградной кислоты, он обнаружил, что они могут существовать в двух зеркально-симметричных формах. При этом растворы этих кристаллов по-разному взаимодействовали с поляризованным светом, что позволило Пастеру связать их свойства с различным расположением атомов.

Впоследствии учёные выяснили, что хиральность характерна для многих молекул. Однако все известные организмы используют только одну из двух возможных форм. Например, белки построены из L-аминокислот, а сахара в составе ДНК и РНК имеют D-конфигурацию. Такое преобладание одной формы молекул называют биологической гомохиральностью.

Идея «зеркальной жизни» заключается в создании биологической системы с противоположной хиральностью. В такой системе белки состояли бы из D-аминокислот, а сахара в составе ДНК и РНК имели бы L-конфигурацию. При этом предполагается, что все компоненты должны были бы работать вместе и выполнять те же основные функции, что и обычные биологические молекулы.

Отдельные элементы такой системы уже удалось получить. Например, в 2016 году исследователи создали полимеразу, состоящую из D-аминокислот. С её помощью они смогли копировать L-ДНК и синтезировать на её основе зеркальную РНК. Так учёные воспроизвели в зеркальной форме два важных процесса молекулярной биологии — репликацию ДНК и транскрипцию.

Ещё одна работа была опубликована в 2022 году. Учёные синтезировали зеркальную версию РНК-полимеразы T7 и с её помощью получили полноразмерные зеркальные 5S-, 16S- и 23S-рРНК. Эти молекулы входят в состав рибосом — клеточных комплексов, которые участвуют в синтезе белка. Получение таких РНК исследователи рассматривали как важный шаг на пути к созданию зеркальной рибосомы.

В первую очередь зеркальные молекулы интересны для медицины. Некоторые из них более устойчивы к ферментам, которые разрушают обычные молекулы, поэтому такие соединения могут стать основой для лекарств, способных дольше сохраняться в организме.

Как рассказал в беседе с RT директор Института фармации и медицинской химии Пироговского Университета Вадим Негребецкий, некоторые современные препараты уже разрабатывают с учётом различий между энантиомерами.

«В современной фармацевтике активно используется стереоселективный синтез, когда один энантиомер активен, а другой либо неактивен, либо токсичен. Классический пример — талидомид (препарат, который назначали беременным женщинам при токсикозе. — RT), где один изомер обладал нужным седативным действием, а другой был связан с тяжёлыми пороками развития у плода. Сейчас фармацевтические компании стремятся либо выделять чистый активный изомер, либо синтезировать его напрямую, чтобы избежать рисков, связанных с присутствием другого энантиомера», — пояснил эксперт.

В качестве примеров подобных препаратов специалист привёл варфарин и прегабалин, а также некоторые антидепрессанты.

В последние годы учёные стали активно обсуждать возможные последствия создания самовоспроизводящейся зеркальной бактерии. По их мнению, если такой организм когда-нибудь удастся создать и он сможет выживать и размножаться в окружающей среде, зеркальная структура может дать ему преимущества при взаимодействии с некоторыми естественными механизмами защиты.

«Организм эволюционно настроен на определённую хиральность. Если такая бактерия появится, наш иммунитет может её просто не распознать. Бактериофаги тоже не всесильны — они распознают специфические маркеры, и «не такая, как все» бактерия может остаться незамеченной ими. Кроме того, появление такого организма способно нарушить сложившиеся пищевые цепи и баланс в экосистемах», — отметил Негребецкий.

При этом речь идёт о потенциальных рисках, которые невозможно достоверно оценить, пока такого организма не существует. Главный вопрос заключается в том, сможет ли зеркальная бактерия самостоятельно размножаться и распространяться в окружающей среде. Именно это, по словам Негребецкого, может превратить отдельную биохимическую особенность в экологическую угрозу.

«Риски действительно есть, и ключевой момент — именно способность к саморепликации. Пока молекула существует лишь в пробирке, проблем нет. Опасность возникает в тот момент, когда такая бактерия получает возможность размножаться и встраиваться в природные экосистемы. Она может начать конкурировать с природными организмами, нарушать устоявшиеся балансы, адаптироваться непредсказуемо и стать устойчивым патогеном», — объяснил эксперт.

Впрочем, создание полноценной зеркальной бактерии, по мнению Негребецкого, сегодня выходит за рамки возможностей науки. 

«Многие из этих рисков сейчас выглядят крайне маловероятными. Создание самореплицирующейся системы с принципиально иной хиральностью — колоссальная техническая задача. Даже при успешном синтезе такой бактерии её метаболизм, скорее всего, будет крайне нестабилен в условиях Земли. Получение отдельных зеркальных молекул возможно, но сборка их в работающую, стабильную систему в ближайшие десять лет вряд ли реализуема», — считает собеседник RT.