Prema članku objavljenom prije desetak dana u časopisu Science, kojega su supotpisali neki od vodećih svjetskih znanstvenika uključujući i dobitnike Nobelovih nagrada, umjetno stvoreni sintetički živi organizmi (nazvani 'zrcalni život'), građeni od molekula koje su zrcalne kopije normalnih, prirodnih spojeva, mogli bi u budućnosti predstavljati do sada neviđen, smrtonosni rizik za ekosustave, pa i cjelokupan život na Zemlji.

Članak je ozbiljno intonirano znanstveno izvješće popraćeno opsežnim analitičkim podacima koji detaljno argumentiraju razloge navedene zabrinutosti u znanstvenim krugovima.

Jedan od citata iz tog teksta glasi: "Svjesni smo opasnosti od ograničavanja znanosti kada su njeni rezultati suprotni političkim interesima, kada ju se smatra nepotrebnom ili kada je jednostavno pogrešno shvaćena. Slobodna znanost je mjerilo civiliziranosti društva. Međutim, postoje važne iznimke: znanstvenici nekada i sami ograničavaju istraživanja koja uključuju živi virus velikih boginja ili rizične psihološke eksperimente na ljudima ili testiranje nuklearnih eksploziva u okolišu - jer su previše opasna. Smatramo da stvaranje zrcalnog života spada u istu kategoriju istraživanja koja su jednostavno previše rizična za provođenje".

Život „s one strane ogledala“

Ako vam ovakav spektakularan početak zvuči kao skica za uvodno poglavlje maštovitog scenarija za nekakav SF-roman ili film katastrofe u kojem su suludi i/ili pohlepni znanstvenici proizveli novu vrstu živih bića koja se potom (a što bi drugo?) otela nadzoru, izašla iz laboratorija i počela pred sobom uništavati sve što diše i kreće se, priznajem da sam isti dojam stekao i sâm kada sam prije par dana prvi puta pročitao tu novinsku vijest.

„Čekajte, polako, stanite malo, mudri  nobelovci i ostale pametne glave!“ – pomislih – „Hajdemo se uozbiljiti! Kakav umjetni zrcalni život, koji sintetički stvoreni organizmi, kakva apokaliptična opasnost, o čemu vi to?“. A onda, nakon što sam malo dublje zaronio u činjenice, podatke i dosadašnja znanstvena saznanja o toj temi, nemalo sam se iznenadio onim za što nisam ni znao da ne znam. I odlučio to podijeliti s vama.

Idemo, dakle, korak po korak objasniti taj zrcalni svijet biologije – svijet koji kao da je izašao iz pripovijetke o Alisi koja se vratila iz Zemlje čuda da bi odmah potom otišla u izmijenjenu realnost „s one strane ogledala“.

Za početak, objasnit ćemo osnovne biokemjske pojmove na kojima se temelji ova skoro-pa-SF priča. Prije svega, reći ćemo da je izomerija pojava kada dvije ili više molekula imaju isti kemijski sastav (isti broj i vrste atoma), ali pritom su različito građene (strukturna izomerija) ili imaju različitu prostornu orijentaciju atoma u molekuli (stereoizomerija).

Pojam „zrcalni život“ povezan je s podvrstom stereoizomerije kod koje su dvije naizgled identično građene molekule ustvari jedna drugoj zrcalna slika. To znači da se zbog uzajamnog zrcaljenja ne mogu preklopiti jedna na drugu, isto onako kako se lijeva ruka ne može preklopiti ili okrenuti kako bi identično odgovarala desnoj ruci. Ta „lijeva“ i „desna“ orijentacija (poznata kao kiralna orijentacija ili jednostavnije: kiralnost) prisutna je kao normalna pojava u cijeloj prirodi, a u kemiji se takve zrcalne molekule opisuju kao „ljevoruke“ (ljevostrane) ili „desnoruke“ (desnostrane).

U prirodi, unutar iste kemijske skupine obično sve molekule imaju istu kiralnu orijentaciju: nukleotidi koji čine DNK svih živih bića na Zemlji gotovo beziznimno su orijentirani „u desno“, deoksiriboza (ugljikohidrat koji gradi DNK) je također „desnoruka“, pa je čak i cijela dvostruka zavojnica DNK uvijek zakrenuta udesno, u smjeru kazaljke na satu. S druge strane, svi proteini su građeni od „u lijevo“ orijentiranih aminokiselina. 

Kiralnost je važan čimbenik biokemijskih reakcija (a posljedično tome i života), jer biokemijske interakcije između organskih molekula ovise o tome jesu li ili nisu uzajamno kompatibilne. Kada bi kiralnost aminokiselina unutar nekoga proteina bila obrnuta, tj. desnostrana (što je iznimna i rijetka pojava), takav protein ne bi mogao stupati u interakciju s ciljnim molekulama, primjerice se ne bi mogao vezati na proteinske receptore na stanicama jer su oni građeni tako da se vezuju samo za lijevostrane izomerične forme. Ako nastavimo koristiti udove kao ilustrativne primjere, ta se pojava može zamisliti kao odnos ruke i rukavice: lijeva rukavica neće odgovarati desnoj ruci. Baš kao ni naša desna cipela u koju uzalud pokušavamo ugurati svoje lijevo stopalo.

Sintetiziranje živih stanica

Ako pretpostavimo da nam je biokemijski koncept zrcalnosti (kiralnosti) molekula sada jasniji, preostaje nam postaviti ključno pitanje: zašto činjenica da bi mogle postojati kemijski zrcalne kopije bioloških spojeva, cijelih stanica ili čak cijelih živih organizama toliko zabrinjava vodeće svjetske znanstvenike? 

U navedenom članku autori pišu kako su zabrinuti zbog mogućnosti stvaranja tzv. zrcalnih bakterija, najjednostavnijeg oblika života na kojega se odnosi koncept kiralnog zrcaljenja. Pritom odmah ističu kako suvremena znanost za sada još uvijek nema znanja, vještine i opremu za stvaranje zrcalnih oblika života (dakle, ni zrcalnih bakterija); štoviše, prema njihovim riječima, od takve smo mogućnosti trenutno udaljeni barem još jedno desetljeće. No, znanstveni napredak u tom smjeru je brz i sve uspješniji, pa je već sada u laboratorijima moguće sintetizirati neke životno važne zrcalne biomolekule kao što su zrcalna DNK i zrcalni proteini.

Iako bakterija kao živi jednostanični organizam nije sastavljena samo od DNK i bjelančevina, znanost snažno napreduje prema stvaranju kompletnih sintetičkih stanica korištenjem tzv. nesimetričnih komponenti, pojedinačnih dijelova stanice koje dolaze iz različitih izvora, a u laboratoriju se kombiniraju i „sklapaju“ poput mozaika u jedinstveni živi organizam. Još 2010. godine su istraživači u Institutu J. Craig Venter uspješno ugradili sintetičku DNK u bakterijsku stanicu kojoj su prethodno odstranili njenu originalnu DNK, čime su stvorili prvu stanicu s potpuno sintetičkim genomom. Ta bakterija je nastavila živjeti, razmnožavati se i proizvoditi proteine prema genetičkom zapisu programiranom u laboratorijski načinjenoj DNK koju je nastavila nositi u sebi.

Naravno, za stvaranje kompletno zrcalnog života, za sintetiziranje pravih živućih stanica od osnovnih građevnih molekula koje imaju zrcalnu kiralnu orijentaciju, bila bi potrebna velika i značajna nova znanstvena dostignuća. Prema procjenama većine relevantnih znanstvenika, takva su dostignuća potpuno ostvariva u skoroj budućnosti - ukoliko se u njih ugrade značajna ulaganja i trud. „Svoje izvješće ne temeljimo na pretpostavkama o znanstvenim dostignućima koja se možda nikada neće dogoditi. Upravo suprotno: već sada je moguće navesti detaljan popis stvari koje treba učiniti kako bi se sintetizirala zrcalna stanica“, kaže jedan od autora članka. „Danas to više nije mašta ni znanstvena fantastika: današnja znanost o tome već posjeduje kompletna teorijska saznanja. Sve što treba za materijalizaciju tih znanja su vrijeme i sredstva.“

Potraga za iskrom života

A ipak, unatoč svim teorijskim spoznajama i praktičnim vještinama znanstvenika i bioinženjera, današnja biotehnologija i znanost nisu još sposobne u potpunosti sintetizirati niti „običan“ život iz njegovih temeljnih građevnih komponenti (a kamoli kiralno obrnutu verziju živih bića), premda su postignuća na tom polju fascinantna i sve bliža razumijevanju temeljnih mehanizama koji čine „umjetni“ život mogućim.

Na primjer, znanstvenici su za sada uspjeli sintetizirati funkcionalan genetski materijal. Već spomenuti istraživački tim predvođen Craigom Venterom je 2010. stvorio prvu „sintetičku“ bakteriju (Mycoplasma mycoides JCVI-syn1.0), na način da je kompletan umjetni genom (umjetno sintetizirana DNK) unesen u stanice bakterije domaćina, koja je potom počela funkcionirati prema tom novom genomu. To još nije bilo „stvaranje života iz ničega“ jer su korištene već postojeće stanične strukture. Ipak, ovo je bio ogroman korak prema razumijevanju procesa kojima genetski kôd upravlja životom.

Eksperimenti na stvaranju umjetnog metabolizma pokazuju napredak u izgradnji sustava koji koriste energiju za obavljanje osnovnih funkcija, što je ključno za stvaranje samoodrživih bioloških sustava. Oslanjajući se na teorije da je život na Zemlji započeo s RNK molekulama koje su mogle katalizirati svoje vlastito umnožavanje, znanstvenici su u laboratorijima uspjeli sintetizirati RNK molekule koje imaju slične sposobnosti, čak su i razvili organske strukture poput mini-mozgova, srca i jetara koristeći matične stanice u laboratoriju (ti su organoidi ključni za medicinska istraživanja i proučavanja učinaka potencijalnih lijekova), ali nisu još postigli razinu koja bi se mogla smatrati temeljem samoodrživog života.

Još jedan primjer dostignuća na području sintetičke biologije je stvaranje protostanica – umjetnih modela koje građom i nekim procesima emuliraju membranu, metabolizam i ponašanje živih stanica. No, protostanice ipak nisu žive: premda su u biotehnološkom i metaboličkom pogledu funkcionalne, one ne posjeduju ključne karakteristike života - sposobnost samoodržavanja ili razmnožavanja.

Za takvo što ni bilo potrebno postići pokretanje samoreplikacije: novostvoren živi sustav mora moći reproducirati svoje genetske i stanične komponente. Ovo uključuje procese samostalnog repliciranja DNK, sinteze proteina, izgradnje novih membrana i diobu stanica. Samoreplikacija zahtijeva da sve navedene (i još brojne druge) komponente funkcioniraju koordinirano i da posjeduju iznimno visoku razinu preciznosti, jer i vrlo male pogreške u replikaciji mogu potpuno destabilizirati sustav, što pak zahtijeva postojanje učinkovitih kontrolnih i reparacijskih mehanizama unutar same stanice. Nijedna od do sada dizajniranih sintetičkih stanica nije bila sposobna za autonomnu podjelu i stvaranje vlastitih funkcionalnih kopija (razmnožavanje).

Dakle, nije dovoljno stvoriti, sintetizirati pojedine komponente stanice kao temeljne jedinice života; važna je integracija svih komponenti u skladan sustav. Sve komponente (genom, stanični metabolizam, organele, membrana…) moraju harmonično surađivati, svaki dio sustava mora funkcionirati u pravom trenutku i na pravom mjestu, a sve to moraju kontrolirati i stabilizirati složeni povratni mehanizmi između gena, proteina i metaboličkih reakcija kako bi se unutar sustava održavala homeostaza, dinamička ravnoteža.

Na kraju (i ono najbitnije!) – i pored svih znanja o stvaranju i uzajamnom usklađivanju svih fizičkih komponenata, znanosti i dalje nije potpuno jasno koji su minimalni uvjeti potrebni da sustav „oživi“. Još uvijek ne znamo što čini onu „iskru života“ koja će pojedinačne molekule i procese objediniti u živo biće. Život nije samo stvar kemijskih reakcija, već dinamičan proces koji uključuje samostalno, autonomno i neprekidno interaktivno održavanje stanja unutar granica ravnoteže. Svi dosadašnji eksperimenti, poput onih koji precizno imitiraju uvjete na ranoj Zemlji, uspjeli su proizvesti neke od bioloških građevnih molekula na kojima se temelji život… ali nisu uspjeli proizvesti sâm život.

Dakle, najveći izazov nije samo stvaranje pojedinih sastojaka (DNK, membrane, enzima) već njihova integracija u funkcionalan, samoodrživ sustav sposoban za replikaciju i evoluciju. Trenutno znanstvenici rade na razbijanju ovog kompleksnog problema u manje, ostvarive korake, dok se puni potencijal za stvaranje života od nule još uvijek nalazi u budućnosti.

Ukratko, unatoč ogromnom napretku, znanost je do sada pokazala vrlo ograničeno razumijevanje o tome kako od „mrtvih“ kemikalija doći do sustava koji je sposoban za samostalan život, rast, razvoj, interakciju, razmnožavanje i evoluciju. A pritom i dalje govorimo samo o ovom našem „normalnom“ životu, građenom od molekula „s ove strane ogledala“; stvaranje života od sintetiziranih zrcalnih molekula postavlja zagonetke i izazove koji su za nekoliko redova veličine složeniji i jednako toliko nedokučivi.

Zaobilaženje imunološke obrane

Sve to, naravno, nije omelo znanost da unatoč i usprkos navedenim problemima pokušava riješiti naizgled nerješive poteškoće; na tom principu kontinuiranog propitivanja i suočavanja s izazovima utemeljen je uostalom i sav ljudski civilizacijski napredak.

Tako su i neki od znanstvenika koji potpisuju tekst članka u časopisu Science (među kojima su stručnjaci za imunologiju, sintetičku biologiju, patologiju biljaka, evolucijsku biologiju i ekologiju, te dva nobelovca - Greg Winter sa Sveučilišta Cambridge i Jack Szostak sa Sveučilišta Chicago) već ranije radili ili trenutno rade na istraživanjima usmjerenim na stvaranje zrcalnih stanica.

Sada međutim izražavaju strah da bi posljedice stvaranja zrcalnog života mogle nanijeti nepovratnu ekološku štetu i uzrokovati ugrožavanje života na Zemlji: „Preporučujemo da se daljnja istraživanja usmjerena na stvaranje zrcalnih bakterija više ne provode, sve dok se ne podastru čvrsti dokazi da zrcalni život ipak ne predstavlja opasnost“.

Autori izvješća pozivaju znanstvenike-istraživače, političare, zakonske regulatore i društvo u cjelini da počnu raspravljati o najboljem putu za razumijevanje i ublažavanje rizika. „Zrcalne bakterije, stvorene od zrcalnih slika molekula iz prirode, mogle bi opstati u okolišu i zbog svoje zrcalnosti zaobići imunološku obranu prirodnih organizama, ugrožavajući ljude, životinje i biljke smrtonosnim infekcijama. Prijetnja o kojoj govorimo nema presedana“, rekao je profesor Vaughn Cooper, evolucijski biolog sa Sveučilišta Pittsburgh. „Zrcalne bakterije bi vjerojatno mogle 'zaobići' imunološke odgovore ljudi, životinja i biljaka te bi mogle uzrokovati smrtonosne infekcije koje bi se nekontrolirano širile.“

T-stanice, ključne za imunološki sustav ljudi, životinja i biljaka, oslanjaju se na kiralnost kako bi prepoznale i uništile prijetnje. Zrcalne bakterije bi zbog svoje specifične strukture mogle izbjeći imunološku obranu i uzrokovati smrtonosne infekcije. A nedostatak prirodnih predatora mogao bi omogućiti nekontrolirano širenje sintetički stvorenih zrcalnih bakterija kroz ekosustave. Istraživanja su pokazala da u prirodi postoje dovoljne količine "zrcalno neutralnih" hranjivih tvari koje bi mogle podržati njihov rast u prirodnom okolišu, što potiče dodatnu zabrinutost stručnjaka.

Jedna od koautorica izvješća, dr. Kate Adamala, sintetička biologinja sa Sveučilišta Minnesota, do prošle godine je radila na razvoju zrcalnih stanica, no nakon detaljnog proučavanja i analize potencijalnih rizika promijenila je smjer svojih istraživanja. „Za sada ne bismo trebali stvarati zrcalni život“, rekla je. „Imamo dovoljno vremena za razgovor o tome. To je ono što smo pokušali postići ovim izvješćem – pokrenuti globalni razgovor.“

Korisnost i rizici

Početni entuzijazam za stvaranje zrcalnih verzija bakterija počeo je s jednostavnijim idejama: istraživači su razmatrali mogućnost rada sa zrcalnim verzijama proteina i drugih molekula koje čine građevne blokove takvih organizama. Jedan od primjera potencijalne korisnosti kiralne izomerije uključuje biološke lijekove koji se inače moraju nakon nekog razdoblja ponovno primjenjivati jer ih razgrađuju prirodni metabolički procesi. U teoriji, umjetne zrcalne verzije bioloških molekula ne bi bile kompatibilne s tim razgradnim procesima, pa bi lijek napravljen od zrcalnih molekula mogao imati dugotrajnije učinke, jer bi bio teško razgradiv prirodnim metaboličkim mehanizmima.

„Zrcalni peptidi se neće lako razgraditi, zbog čega bi mogli biti izvrsni kao terapijska sredstva“, kaže John Glass, sintetički biolog u JCVI-u i koautor članka. „Ne vidimo apsolutno nikakav razlog da to zabranimo.“

Potencijalna primjena zrcalnih bakterija mogla bi biti i u tzv. bioreaktorima, laboratorijskim „tvornicama“ koje koriste genetički programirane stanice ili mikroorganizme kao „biološke strojeve“ za proizvodnju korisnih spojeva poput antibiotika i drugih farmaceutskih proizvoda. Poznato je da su bakteriofagi (virusi koji inficiraju bakterije) sposobni inficirati i uništiti bakterijske bioreaktore, uzrokujući ogromne gubitke vremena i novca. Međutim, vrlo je vjerojatno da bakteriofagi ne bi mogli zaraziti zrcalne bakterije jer ne bi prepoznali njihove receptorske molekule. Slično tome, prirodni predatori poput ameba, koji inače konzumiraju „obične“ bakterije, ne bi mogli prepoznati zrcalne bakterije kao hranu.

No upravo su te - navodno povoljne - osobine razlog za zabrinutost znanstvenika. „Sve korisne praktične primjene zrcalne izomerije koje su nas zainteresirale za istraživanja kiralnosti sada su postale razlozi za zabrinutost i strah“, kaže dr. Adamala. Sposobnost izbjegavanja imunoloških odgovora mogla bi omogućiti zrcalnim bakterijama da se nekontrolirano množe u nebranjenom organizmu i uzrokuju smrtonosne infekcije. Jer, za razliku od virusa kojima je potreban stanični receptor na kojega se moraju vezati kako bi inficirali stanicu, bakterije se ne moraju spajati sa specifičnim molekulama na staničnim stijenkama domaćina da bi zarazile organizam, pa bi zrcalne bakterije mogle zaraziti širok raspon domaćina - uključujući ljude, životinje i biljke. A nedostatak prirodnih predatora mogao bi zrcalnim bakterijama omogućiti da se brzo i opsežno prošire ekosustavima. Štoviše, ni postojeći antibiotici vjerojatno ne bi bili učinkoviti.

Mnogi su isprva smatrali da izvan laboratorija zrcalne bakterije ne bi mogle preživjeti (zbog nedostatka „zrcalne hrane“ za svoj metabolizam), no u ovom izvješću znanstvenici zaključuju kako u prirodi ipak postoji dovoljno hranjivih tvari koje bi mogle omogućile opstanak i širenje „zrcalnog života“.

Istraživači su raspravljali i o mogućim biosigurnosnim mjerama, poput paralelnog razvoja zrcalnih bakteriofaga, virusa koji bi bili sposobni zaraziti i ubiti zrcalne bakterije – ali su zaključili da ni te mjere vjerojatno ne bi bile dovoljne. „Nitko od autora nije uspio osmisliti dovoljno učinkovit protuprijedlog koji bi mogao spasiti našu biosferu od širenja zrcalnih organizama“, kaže Glass.

Sukobljena mišljenja

No, ne slažu se svi znanstvenici da zrcalne bakterije predstavljaju tako velik rizik. Andrew Ellington, molekularni biolog koji razvija sintetičke organizme na Sveučilištu Austin Texas, tvrdi: „Zrcalne bakterije bi u prirodnom ekološkom okružju bile u izrazito nepovoljnom položaju u natjecanju za preživljavanje - i ne bi dobro preživjele“.

On nije uvjeren da je alarme potrebno oglašavati unaprijed, čak i prije pronalaska tehnologije koja bi se mogla koristiti za izravno stvaranje zrcalnog života. „To je kao da smo prije 30 ili 40 godina zabranili silicijske čipove dok su još bili konceptualna ideja, jer smo bili unaprijed zabrinuti zbog moguće pojave cyber kriminala u budućnosti. Vlade i zakonski regulatori će na ove pamflete možda preoštro reagirati, što bi moglo ubuduće gušiti korisna istraživanja. Bilo bi zaista šteta da nas zaustavi zamišljena nepoznata prijetnja koja će se možda pojaviti za 30 godina u usporedbi sa svim dobrim rezultatima koje je sada moguće postići“.

Sarah Carter, konzultantica koja radi na biozaštiti i političkim implikacijama novih biotehnologija, kaže: „Rizici nisu čvrsto definirani i nesigurni su, a sigurno je samo to da je svaka potencijalna prijetnja zasad udaljena najmanje cijelo desetljeće. Tehnologija čijih posljedica se plašimo još niti ne postoji, pa je scenarije rizika teško procijeniti.“

Ovo izvješće može dobro poslužiti kao početni materijal za raspravu. Jer jednom kada znanost dođe do točke u kojoj je moguće stvoriti potpuno nove oblike života, daljnja istraživanja koja kreću u tom smjeru moraju biti prožeta društvenim, filozofskim i etičkim dilemama: prije pitanja „možemo li to učiniti?“, trebali bi smo si postaviti pitanja s višim prioritetom – „trebamo li to činiti?“.

. . .

^{Igor „Doc“ Berecki je pedijatar-intenzivist na Odjelu intenzivnog liječenja djece Klinike za pedijatriju KBC Osijek. Pobornik teorijske i praktične primjene medicine i znanosti temeljene na dokazima, opušta se upitno ne-stresnim aktivnostima: od pisanja znanstveno-popularnih tekstova i objavljivanja ilustracija u tiskanom izdanju časopisâ BUG, crtkanja računalnih grafika i primijenjenog dizajna, zbrinjavanja pasa i mačaka, fejsbučkog blogiranja o životnim neistinama i medicinskim istinama, sve do kuhanja upitno probavljivih craft-piva i sasvim probavljivih jela, te neprobavljivog sviranja bluesa.}