Τον Δεκέμβριο του 2024 μια ομάδα 38 κορυφαίων επιστημόνων σε όλο τον κόσμο ζήτησαν με έγγραφο να σταματήσει η έρευνα για τη δημιουργία “mirror life” μικροοργανισμών, εν μέσω ανησυχιών ότι αυτοί οι συνθετικοί οργανισμοί θα αποτελέσουν έναν «άνευ προηγουμένου κίνδυνο» για τη ζωή στη Γη. Στις 23-26 του περασμένου Φεβρουαρίου, περίπου 300 ειδικοί από όλο τον κόσμο, ξανασυγκεντρώθηκαν, αυτή τη φορά στην Καλιφόρνια, για να συζητήσουν το μέλλον της Βιοτεχνολογίας. Κατά τη συνάντηση υπήρξε ευρεία συναίνεση για τη χάραξη κόκκινων γραμμών γύρω από την έρευνα για τα βιολογικά όπλα και τη “mirror life”, αλλά δεν προέκυψε συναίνεση σε πολλούς άλλους ερευνητικούς δρόμους, συμπεριλαμβανομένης της τεχνητής νοημοσύνης (AI), των συνθετικών κυττάρων, των επικίνδυνων παθογόνων και της χρήσης γενετικά τροποποιημένων βακτηρίων στα αγροκτήματα.
Τι είναι όμως η“mirror life” (ζωή-κάτοπτρο) που τρομάζει τόσο πολύ κάποια σημαντική μερίδα επιστημόνων;
Τα περισσότερα κύρια βιολογικά μόρια της ζωής, συμπεριλαμβανομένων όλων των πρωτεϊνών, του DNA και του RNA, είναι χειρόμορφα (Chirality) ή χειρικά. Για να γίνει κατανοητή η χειρομορφία αρκεί να σκεφτεί κάποιος πώς ένα αριστερό γάντι ταιριάζει μόνο με το αριστερό χέρι όπως και το δεξί γάντι με το δεξί χέρι. Έτσι και τα χειρόμορφα μόρια μπορούν να αλληλεπιδράσουν («κουμπώσουν») μόνο με άλλα μόρια συμβατής μορφολογίας (στερεοχημείας). Τα ανθρώπινα χέρια είναι ίσως το πιο κατανοητό παράδειγμα της χειρομορφίας. Το αριστερό χέρι είναι μια κατοπτρική εικόνα του δεξιού χεριού, αλλά ανεξάρτητα από το πώς είναι προσανατολισμένα τα δύο χέρια, είναι αδύνατο όλα τα κύρια σημεία τους να συμπίπτουν σε όλους τους άξονες.
Τα χειρόμορφα μόρια, ενώ έχουν την δυνατότητα να υπάρχουν σε δύο στερεοδομικές παραλλαγές, εξαιτίας αυτής ακριβώς της χειρομορφίας τους, έχουν μόνο μία συγκεκριμένη στερεοδιάταξη. Και αυτό το έχει επιλέξει η φύση μέσω της εξέλιξης. Τα χειρικά ή χειρόμορφα μόρια δεν ταυτίζονται με τα κατοπτρικά τους είδωλα και το καθένα απαντάται με δύο κατοπτρικές μορφές που ονομάζονται εναντιομερείς. Τα ζεύγη εναντιομερών συχνά χαρακτηρίζονται ως «αριστερόχειρα» ή «δεξιόχειρα», που ονομάζονται επίσημα L από το λατινικό laevus και D από το dexter, αντίστοιχα.
Όλη η ζωή στη Γη χρησιμοποιεί πρωτεΐνες L και σάκχαρα D. Ακόμη και τα βασικά μόρια στα Archaea, μια μεγάλη ομάδα μικροοργανισμών με ασυνήθιστη χημική σύνθεση, υπακούν στον κανόνα της χειρομορφίας, όπως εξάλλου και όλοι οι οργανισμοί που ξεκίνησαν από ένα πρόδρομο, προγονικό κύτταρο.
Το DNA όλων των ζωντανών οργανισμών αποτελείται από «δεξιόχειρα» (δεξιόστροφα) δομικά στοιχεία (νουκλεοτίδια), ενώ οι πρωτεΐνες, τα «πολυεργαλεία» των κυττάρων, αποτελούνται από «αριστερόχειρα» αμινοξέα. Το γιατί η φύση λειτουργεί με αυτόν τον τρόπο είναι ασαφές. Η ζωή θα μπορούσε να είχε επιλέξει αριστερόχειρα DNA και δεξιόχειρες πρωτεΐνες.
Τα τελευταία χρόνια, οι επιστήμονες συζητούν για την ανάπτυξη βιοπολυμερών που θα αντικατοπτρίζουν ενώσεις στη φύση, αλλά με τον αντίθετο προσανατολισμό, δηλαδή, ενώσεις από πρωτεΐνες D και σάκχαρα L. Και δεν έχουν μείνει μόνο στη σκέψη καθώς έχουν αναπτυχθεί για παράδειγμα, ένζυμα που μπορούν να παράγουν κατοπτρικά RNA και DNA.
Και από εδώ αρχίζει η ανησυχία…
Όταν οι επιστήμονες παρατήρησαν ότι αυτά τα μόρια «καθρέφτες» συμπεριφέρονται ακριβώς όπως τα φυσικά τους ισοδύναμα, θεώρησαν ότι είναι δυνατό να δημιουργηθεί ένα ζωντανό κύτταρο εξ’ ολοκλήρου από αυτά, αν και η δημιουργία ενός ολόκληρου οργανισμού από μόρια-κάτοπτρα είναι πέρα από τη σημερινή τεχνογνωσία.
Η σκέψη καθοδηγείται από τη γοητεία της δημιουργίας νέων μορφών ζωής και τις πιθανές εφαρμογές της. Ειδικά τα βακτήρια «καθρέφτες» έχουν τη δυνατότητα να αποτελέσουν ένα χρήσιμο βασικό εργαλείο έρευνας, επιτρέποντας πιθανώς στους επιστήμονες να μελετήσουν για πρώτη φορά ένα νέο δέντρο ζωής και να λύσουν πολλά προβλήματα στη βιομηχανία και στη βιοϊατρική.
Αυτή η επονομαζόμενη “mirror life” (ζωή καθρέφτης), δηλαδή ζωντανά κύτταρα κατασκευασμένα από δομικά στοιχεία με αντίθετη χειρομορφία από αυτά που συνθέτουν τη φυσική ζωή, θα μπορούσε να έχει πολύ παρόμοιες ιδιότητες με τα φυσικά ζωντανά κύτταρα. Θα μπορούσαν να ζουν στο ίδιο περιβάλλον, να ανταγωνίζονται για πόρους και να συμπεριφέρονται όπως θα περίμενε κάποιος από οποιονδήποτε ζωντανό οργανισμό. Θα μπορούσαν να αποφεύγουν τους φυσικούς θηρευτές όπως οι φάγοι και οι πρωτιστές, οι οποίοι βασίζονται σε μεγάλο βαθμό σε αλληλεπιδράσεις που οφείλονται σε χειρομορφία για να σκοτώσουν τα βακτήρια και να περιορίσουν τους πληθυσμούς τους, πράγμα που θα οδηγούσε σε λοιμώξεις. Οι επίμονοι και ευρέως διαδεδομένοι περιβαλλοντικοί πληθυσμοί “mirror life” βακτηρίων θα εξέθεταν τους ανθρώπους, τα ζώα και τα φυτά σε διαρκή κίνδυνο μόλυνσης. Αλλά πέρα από την πρόκληση θανατηφόρων λοιμώξεων, οι ερευνητές αμφιβάλλουν ότι αυτοί οι μικροοργανισμοί θα μπορούσαν να περιοριστούν με ασφάλεια ή να κρατηθούν υπό έλεγχο από φυσικούς ανταγωνιστές και αρπακτικά. Τα υπάρχοντα αντιβιοτικά είναι επίσης απίθανο να λειτουργήσουν αποτελεσματικά.
Αυτά ακριβώς επισήμαναν οι 38 επιστήμονες που εργάζονται σε εννέα χώρες, στα πεδία της ανοσολογίας, της παθολογίας των φυτών, της οικολογίας, της εξελικτικής βιολογίας, της βιοασφάλειας και της αστροφυσικής. Ανάμεσά τους και ο αμερικανός επιστήμονας που ηγήθηκε της προσπάθειας για την αλληλουχία του ανθρώπινου γονιδιώματος τη δεκαετία του 1990, Κρεγκ Βέντερ, ο βραβευμένος με Νόμπελ καθηγητής Γκρεγκ Γουίντερ στο Πανεπιστήμιο του Κέιμπριτζ και ο καθηγητής Τζακ Σόστακ στο Πανεπιστήμιο του Σικάγο.
Η ομάδα δημοσίευσε νέα ευρήματα στο Science (μαζί με μια έκθεση 229 σελίδων) σχετικά με τους πιθανούς κινδύνους από την ανάπτυξη βακτηρίων-κατόπτρων, ζητώντας να ανοίξει μια ευρεία συζήτηση μεταξύ επιστημόνων, υπευθύνων χάραξης πολιτικής και ενός ευρέος φάσματος ενδιαφερόμενων μερών, προκειμένου να χαραχτεί μια πορεία προς την καλύτερη κατανόηση και τον μετριασμό των πιθανών κινδύνων από αυτά.
«Οι ανησυχίες της επιστημονικής κοινότητας δεν είναι αβάσιμες. Οποιαδήποτε παρέμβαση στα βιολογικά συστήματα που αλλάζει σημαντικά τα χαρακτηριστικά που αυτά φυσιολογικά έχουν αναπτύξει μέσω της εξέλιξής τους, θα πρέπει να είναι ελεγχόμενη και με ενδελεχή εκτίμηση των πιθανών κινδύνων βιοασφάλειας και βιοηθικής. Η μεγαλύτερη ανησυχία είναι η απουσία εκτίμησης των πιθανών κινδύνων και η έλλειψη μίας σαφούς αναγκαιότητας να δημιουργηθεί ένας οργανισμός με αυτά τα χαρακτηριστικά. Από την άλλη, εάν αυτή η προσπάθεια, ανεξαρτήτως κινήτρου και εφαρμογής, ακολουθήσει κανόνες βιοασφάλειας και βιοηθικής, δεν προκύπτουν μεγαλύτεροι λόγοι ανησυχίας από την ανησυχία που εγείρει η εφαρμογή τεχνολογιών που ήδη οι επιστήμονες εφαρμόζουν, όπως είναι η γονιδιακή θεραπεία, τα εμβόλια mRNA/RNA, οι κυτταρικές θεραπείες κ.α.
Αρκεί βέβαια, αυτοί οι οργανισμοί να μην αφεθούν ελεύθεροι ανεξέλεγκτα στο φυσικό περιβάλλον και η οποιαδήποτε εφαρμογή τους να τηρεί κανόνες και πρωτόκολλα ασφαλείας», σχολιάζει στο Dnews ο Αναπληρωτής Καθηγητής Βιοχημείας, στο Εργαστήριο Βιολογικής Χημείας, Τμήμα Ιατρικής & Συντονιστής Ερευνητικής Ομάδας Λειτουργικής Πρωτεϊνωματικής και Βιολογίας Συστημάτων, στο ΑΠΘ, Μιχάλης Αϊβαλιώτης, ο οποίος συμφωνεί πως μεγαλύτερος κίνδυνος είναι οι λοιμώξεις και η ανοσολογική απόκριση που μπορεί να προκαλέσουν τέτοιοι οργανισμοί, καθώς και η αδυναμία άμυνας από οργανισμούς, ζωικούς και φυτικούς, απέναντι σε βακτήρια που δεν έχουν ξαναδεί ποτέ και που δεν μπορούν να αναγνωρίσουν μέσω βιομοριακής αλληλεπίδρασης.
Το ερώτημα είναι βέβαια γιατί εγείρονται τώρα αυτές οι ανησυχίες;
«Οι ανησυχίες για τη βιοασφάλεια των γενετικά και γενικά τροποποιημένων οργανισμών, είναι διαρκείς και διαχρονικές. Ειδικά μετά από μια πανδημία που συντάραξε τις κοινωνίες των ανθρώπων, οποιαδήποτε μορφή ζωής με άγνωστους κινδύνους και επιδράσεις στα φυσικά βιολογικά συστήματα που έχουν κοινή ιστορία εξέλιξης δισεκατομμυρίων χρόνων, είναι λογικό να εγείρει σημαντικές ανησυχίες. Επίσης, η απουσία μία σαφούς πιθανής εφαρμογής εντείνει την καχυποψία απέναντι σε αυτές της μορφές ζωής», λέει ο καθηγητής.
Στοπ στην έρευνα εδώ και τώρα;
Αν και ένα βιώσιμο μικρόβιο-καθρέφτης πιθανότατα θα χρειαζόταν τουλάχιστον μια δεκαετία για να κατασκευαστεί, μια νέα αξιολόγηση κινδύνου προκάλεσε τόσο σοβαρές ανησυχίες που η ομάδα των 38 ατόμων προέτρεψε τους επιστήμονες να σταματήσουν να εργάζονται προς αυτό τον στόχο, ζητώντας ταυτόχρονα από τους χρηματοδότες να μην υποστηρίζουν πλέον τέτοιου είδους έρευνα. Κανείς και από τους 300 επιστήμονες στη μετέπειτα συνάντηση στην Καλιφόρνια δεν υποστήριξε ότι τα πιθανά οφέλη από τη δημιουργία ζωής καθρέφτη υπερτερούν των κινδύνων.
Το ερώτημα βέβαια που προκύπτει είναι αν υπάρχει τώρα επαρκής γνώση να δημιουργηθούν βακτήρια-κάτοπτρα στο εργαστήριο και πόσο εύκολο είναι;
Σύμφωνα με τον καθηγητή Αϊβαλιώτη, οι επιστήμονες διαθέτουν πλέον αρκετές γνώσεις βιολογίας, χημείας και μοριακής βιολογίας και αντίστοιχα ‘εργαλεία’ για να συνθέσουν βιολογικά συστήματα με συγκεκριμένες συνδυαστικές και μοναδικές ιδιότητες: «Ωστόσο, δεν είμαι σίγουρος ότι μπορούμε να φτιάξουμε έναν οργανισμό ‘καθρέφτη’ εξ’ολοκλήρου από το μηδέν. Είμαι όμως σίγουρος ότι κάποια στιγμή θα την έχουμε την γνώση και τον τρόπο να φτιάξουμε τέτοιους οργανισμούς. Το ερώτημα, για το οποίο δεν έχω ακόμη ξεκάθαρη η απάντηση είναι γιατί να το κάνουμε;», διερωτάται ο Έλληνας επιστήμονας και συνεχίζει:
πηγή: Unsplash
«Επίσης, δεν είναι σαφές εάν αυτοί οι οργανισμοί θα μπορέσουν να επιβιώσουν σε μη εργαστηριακές συνθήκες, καθώς δεν είναι τυχαία η φυσική επιλογή των συγκεκριμένων χειρομορφών. Υπάρχουν αναγκαστικές εξαρτήσεις χημικές και βιολογικές σε όλα τα βιολογικά συστήματα. Εξαρτώνται από οργανικά και ανόργανα πρόδρομα θρεπτικά συστατικά που πολλές φορές προκύπτουν από άλλους οργανισμούς μέσω συμβίωσης. Ένα νέο κατοπτρικό βιολογικό σύστημα υπάρχει μεγάλη πιθανότητα να μη βρει σε αφθονία τα συστατικά που χρειάζεται για να αναπτυχθεί και να αναπαραχθεί, με αποτέλεσμα να μην επιβιώσει. Το γεγονός αυτό μας παρέχει μία πιθανή ασφαλιστική δικλείδα ότι δύσκολα θα επιβιώσει εκτός εργαστηρίου, άρα η οποιαδήποτε εφαρμογή θα είναι εξ’ ορισμού ελεγχόμενη και ασφαλής».
Ο καθηγητής θεωρεί πως δεν είναι καθόλου εύκολο να φτιαχτούν συνθετικοί οργανισμοί κάτοπτρα γιατί η σύνθεσή τους εξαρτάται από πολλούς παράγοντες και σίγουρα δεν μπορεί να γίνει de novo. «Θα πρέπει να ξεκινήσει από έναν οργανισμό που σιγά σιγά θα μετατραπεί εξ’ ολοκλήρου σε κατοπτρικό. Μέχρι να γίνει αυτό, θα προκύψουν μοιραία πολλές ενδιάμεσες υβριδικές μορφές με άγνωστες και απρόβλεπτες ιδιότητες. Δεν μπορείς να ελέγξεις απόλυτα ένα βιολογικό σύστημα, ειδικά αν είναι πολύπλοκο, γιατί απλά ακόμη δεν το κατανοείς πλήρως και έχει απρόβλεπτη δυναμική επιβίωσης και εξέλιξης. Απλοί σχετικά οργανισμοί, όπως τα βακτήρια, το E. coli π.χ., που χρόνια χρησιμοποιούμε στην έρευνα, δεν είναι πλήρως χαρτογραφημένοι και ελεγχόμενοι από τους επιστήμονες», προσθέτει ο ίδιος.
50 χρόνια μετά παραμένουν μεγάλα ερωτήματα…
Πριν από μισό αιώνα (το 1975), 140 μοριακοί βιολόγοι συγκεντρώθηκαν σε ένα συνεδριακό κέντρο στην παραλία Asilomar στην Καλιφόρνια για να συζητήσουν τα οφέλη και τους κινδύνους μιας τότε επαναστατικής τεχνικής, της συρραφής DNA από διαφορετικά είδη. Τότε το περιοδικό Rolling Stone είχε αποκαλέσει αυτή τη συνάντηση «Το Συνέδριο του Κουτιού της Πανδώρας», θέτοντας το ερώτημα: «Τώρα που μπορούμε να ξαναγράψουμε τον γενετικό κώδικα, τι πρόκειται να πούμε;»
Χάρη στην ανάπτυξη νέων εργαστηριακών εργαλείων, η ανάμειξη και η αντιστοίχηση DNA από διαφορετικές μορφές ζωής είχε γίνει ξαφνικά μια πραγματική δυνατότητα. Κανείς όμως δεν ήξερε ακριβώς ποιες μπορούσαν να είναι οι συνέπειες. Για παράδειγμα, ορισμένοι ερευνητές ανησυχούσαν ότι η εισαγωγή νέων γονιδίων σε βακτήρια του εργαστηρίου μπορούσε να δημιουργήσει νέα παθογόνα. Το συνέδριο Asilomar, όπως ονομάστηκε, θεωρείται πλέον ως μια ιστορική στιγμή, ορόσημο στην ιστορία της βιολογίας.
Ενώ η συνάντηση του 1975 εστίασε στη γενετική μηχανική και κυριαρχούνταν από μοριακούς βιολόγους, η φετινή είχε μια μεγάλη ατζέντα και ένα πλήθος επιστημόνων από πολλούς κλάδους, οικολόγους, βιοηθικούς, νομικούς, αλλά και πρώην κυβερνητικούς αξιωματούχους, ειδικούς εθνικής ασφάλειας, δημοσιογράφους κ.ά.
Κατά τη συνάντηση παρότι υπήρξε ευρεία συναίνεση για τη χάραξη κόκκινων γραμμών γύρω από την έρευνα για τα βιολογικά όπλα και τη “mirror life”, οι συμμετέχοντες συμφώνησαν πως άλλες μορφές προσεκτικά κατασκευασμένων συνθετικών κυττάρων, θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε νέα φάρμακα, να μειώσουν την ανάγκη για λιπάσματα, ακόμη και να λειτουργήσουν ως αισθητήρες για την ανίχνευση ρύπων, όπως αναφέρει το Science.
Για παράδειγμα, οι επιστήμονες οραματίζονται όλο και περισσότερο μηχανικά μικρόβια που θα ζουν και θα αναπαράγονται στο περιβάλλον, σύμφωνα με ερευνητή στο Caltech. Τα βακτήρια θα μπορούσαν να ζουν στο σκυρόδεμα, για παράδειγμα, όπου θα νιώθουν και θα επιδιορθώνουν τις ρωγμές. Αυτό είναι πολύ αντίθετο με τις συμβατικές αντιλήψεις περί βιοπεριορισμού που υπήρχαν πριν από περίπου 50 χρόνια, όταν οι επιστήμονες υπέθεταν ότι το ανασυνδυασμένο DNA θα παρέμενε ασφαλές μέσα σε ένα εργαστήριο.
«Όπως σε πολλές περιπτώσεις στην βιολογία, δεν υπάρχει κακό αμιγές καλού και το αντίθετο. Ένα πιθανό καλό είναι η δημιουργία συνθετικών μορφών ζωής με συγκεκριμένες ιδιότητες για διαφορετικές βιοιατρικές, βιοτεχνολογικές και περιβαλλοντικές εφαρμογές, όπως για παράδειγμα, η δημιουργία βακτηριακών «εργαστηρίων» παραγωγής μορίων με συγκεκριμένη στερεοδιάταξη για φαρμακευτικές και άλλες εφαρμογές ή η δημιουργία οργανισμών που με ελεγχόμενες πιο σταθερές συνθήκες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για στόχευση φαρμάκων, βιοαποικοδόμηση, λίπανση, κ.α. Επίσης, η μελέτη τέτοιων συστημάτων θα μας δώσει σημαντικές πληροφορίες για τον τρόπο και τον λόγο εξέλιξης των οργανισμών στον πλανήτη μας, που είναι βασικές για την πρόβλεψη της μελλοντικής εξέλιξης και επιβίωσής τους. Για να φτάσουμε όμως σε αυτά τα καλά, ο δρόμος είναι μακρύς και άγνωστος. Το μέλλον θα μας δείξει εάν αξίζει και εάν είναι ασφαλές να τον διαβούμε», καταλήγει ο καθηγητής Αϊβαλιώτης.
