Зеркальная жизнь: ученые предложили способ обнаружить потенциально опасные организмы до их появления

Британские исследователи разрабатывают метод выявления гипотетических форм жизни, построенных из молекул с противоположной пространственной структурой. Такие организмы пока не созданы, однако в перспективе они могут представлять угрозу для человека, животных и целых экосистем.

Ученые из университетов Стратклайда и Дарема предложили технологию, которая позволит обнаруживать так называемую зеркальную жизнь — искусственные организмы, чья молекулярная структура является зеркальным отражением биологических молекул, характерных для земных форм жизни.

Как сообщает ScienceDaily, метод основан на анализе особых световых сигналов, возникающих при взаимодействии флуоресцентных молекул с биологическими структурами. Исследователи рассчитывают, что эта технология поможет отличать обычные организмы от их гипотетических зеркальных аналогов еще до того, как подобные формы жизни появятся в природе.

Молекулярное отражение, которое может изменить правила игры

В основе исследования лежит явление хиральности — свойства некоторых молекул существовать в двух формах, представляющих собой зеркальные отражения друг друга. Подобно правой и левой рукам, такие структуры внешне похожи, но их невозможно полностью совместить в трехмерном пространстве.

Для биологии это различие имеет принципиальное значение. Многие молекулы живых организмов обладают определенной пространственной конфигурацией. Белки построены преимущественно из L-аминокислот, а природная ДНК содержит сахара D-ряда. Эта молекулярная асимметрия определяет множество процессов, происходящих в клетках.

Зеркальные молекулы могут взаимодействовать с биологическими системами совершенно иначе, чем их природные аналоги. Например, изменение пространственной структуры вещества способно повлиять на его действие в организме: одна форма молекулы может обладать терапевтическими свойствами, тогда как другая окажется неэффективной или потенциально опасной.

Если же ученым удастся создать полноценные организмы, использующие зеркальные биологические компоненты, последствия такого эксперимента пока трудно предсказать.

Почему зеркальная жизнь вызывает опасения

Главная проблема заключается в том, что существующие биологические системы формировались в условиях привычной молекулярной асимметрии. Поэтому искусственные организмы с противоположной конфигурацией биологических молекул могут взаимодействовать с окружающей средой непредсказуемым образом.

В частности, исследователи опасаются, что такие формы жизни смогут хуже распознаваться некоторыми естественными защитными механизмами организмов. Это потенциально осложнило бы борьбу с ними и создало бы дополнительные риски для экосистем.

При этом важно подчеркнуть: зеркальная жизнь пока остается гипотетической концепцией. Речь идет не об обнаруженной угрозе, а о возможных последствиях будущих биотехнологических экспериментов.

Вероятность появления подобных организмов считается низкой, однако потенциальный масштаб последствий заставляет ученых заранее разрабатывать способы их обнаружения. Вопрос уже привлек внимание государственных и международных структур, занимающихся оценкой научных и биологических рисков.

Как свет поможет распознать опасность

Предложенная технология основана на явлении, известном как круговая поляризованная люминесценция. Ее особенность заключается в том, что излучаемый свет обладает характерными свойствами, связанными с пространственной организацией молекул.

Исследователи предлагают использовать специальные флуоресцентные зонды, которые связываются с определенными клеточными структурами. После этого зонды испускают световые сигналы, позволяющие судить о молекулярной конфигурации исследуемого материала.

Анализируя эти сигналы, ученые рассчитывают выявлять признаки, характерные для обычной земной биологии или ее зеркального аналога.

Принцип работы технологии отчасти напоминает использование поляризационных очков в трехмерном кино: в обоих случаях свойства света позволяют различать информацию, которая недоступна при обычном наблюдении.

Для повышения точности исследователи предлагают применять сразу несколько флуоресцентных зондов, распознающих различные клеточные структуры. Это должно снизить вероятность ошибочных результатов.

Потенциально метод можно будет интегрировать в микроскопы, камеры и приборы для массового анализа биологических образцов.

От теории к практике

Исследование, опубликованное в журнале Royal Society Open Science, подготовили Льюис Маккензи из Университета Стратклайда и Роберт Пал из Даремского университета при участии Доминика Блэка.

Авторы подчеркивают, что предложенный подход еще предстоит проверить экспериментально именно в качестве метода обнаружения зеркальной жизни. Необходимо установить, насколько надежно он сможет различать молекулярные конфигурации в реальных биологических образцах.

Одно из преимуществ разработки заключается в возможности начать испытания на обычном биологическом материале. Для первоначальной проверки принципов обнаружения исследователям не потребуется создавать зеркальные организмы.

Таким образом, ученые рассчитывают подготовить инструменты контроля до возникновения самой потенциальной угрозы.

Предупредить угрозу до ее появления

Работа британских исследователей отражает важную тенденцию современной науки: по мере развития синтетической биологии все большее значение приобретают технологии, позволяющие оценивать риски еще на этапе лабораторных разработок.

В случае зеркальной жизни главная задача состоит не в борьбе с уже существующими организмами, а в создании системы раннего обнаружения на случай, если подобные формы жизни когда-нибудь удастся синтезировать.

Пока остается открытым вопрос, возможно ли вообще создать полноценный зеркальный организм и какие именно последствия это будет иметь. Однако потенциальная серьезность рисков делает предварительные исследования оправданными.

Главный вывод ученых заключается в том, что биологическую безопасность необходимо обеспечивать заранее. Если технологии синтетической биологии однажды позволят создать принципиально новые формы жизни, человечеству важно иметь средства для их своевременного обнаружения.

Ранее журналисты сайта «Пронедра» писали, что учёные построили пространственные карты тысяч белков в срезах мозга мыши