Spoguļdzīvība vai spoguļorganismi (angļu valodā – mirror life vai mirror-image life) ir hipotētiska, sintētiski radīta dzīvības forma, kuras molekulārie pamatelementi ir visu dabā sastopamo dzīvo organismu molekulu spoguļattēls (apgriezta “rokas puse” jeb kiralitāte).
Spoguļdzīvība, kas tas ir?
Molekulārais pamats.
Dzīvībai uz Zemes raksturīga noteikta molekulārā asimetrija, ko sauc par kiralitāti (līdzīgi kreisajai un labajai rokai, tās ir vienādas, bet nav uzliekamas viena otrai).
Dabiskā dzīvība: Visu zināmo organismu DNS ir veidota no “labās puses” nukleotīdiem, bet proteīnus veido “kreisās puses” aminoskābes.
Spoguļdzīvība: Tā būtu mākslīgi radīta dzīvība, kurā visas šīs molekulas būtu ar apgrieztu kiralitāti – DNS ar “kreisās puses” nukleotīdiem un proteīni ar “labās puses” aminoskābēm.
Šī “apgrieztā” bioloģija padarītu spoguļorganismus pilnīgi atšķirīgus no dabiskajām dzīvības formām.
Kāpēc spoguļdzīvība biedē pētniekus?
Zinātnieku un ētikas speciālistu bažas ir ļoti nopietnas, jo iespējamie riski ir saistīti ar cilvēces veselību un ekosistēmu stabilitāti.
1. Imunitātes apiešana un neārstējamas pandēmijas risks.
• Imūnsistēmas kļūme: Mūsu imūnsistēma (cilvēkiem, dzīvniekiem, augiem) atpazīst patogēnus, saskaņojot molekulu “formas” (kiralitāti). Tā darbojas kā atslēga, kas der tikai noteiktai slēdzenei.
• Neatpazīšana: Spoguļorganismiem (piemēram, spoguļbaktērijām) būtu atšķirīga molekulārā “forma”. Mūsu imūnsistēma tos varētu neatpazīt vai ražot ļoti vājas antivielas, tādējādi praktiski nespējot pret tiem aizsargāties.
• Letālas infekcijas: Infekcija ar spoguļbaktērijām varētu izraisīt nāvi, jo tā līdzinātos smagam imūndeficītam. Pašreizējās antibiotikas, visticamāk, būtu neefektīvas, jo tās ir paredzētas dabiskajām molekulām.
2. Ekoloģiskā katastrofa.
• Plēsēju trūkums: Dabā spoguļorganismiem nebūtu dabisko ienaidnieku, plēsēju (piemēram, fāgu vai citu mikroorganismu) vai citu mehānismu, kas regulētu to populāciju. Arī dabiskie fermenti tos nespētu noārdīt.
• Neierobežota izplatība: Šādi organismi varētu nekontrolēti izplatīties vidē (ūdenī, augsnē), radot neatgriezeniskus traucējumus visā barības ķēdē un ekosistēmās, potenciāli izkonkurējot dabiskās dzīvības formas.
3. Bīstamu pētījumu regulēšana.
Pat ja pilnīga spoguļdzīvība ir vēl gadu desmitu jautājums, pētnieki aicina jau tagad aizliegt darbu pie pilnvērtīgu spoguļorganismu radīšanas un izstrādāt globālas bioloģiskās drošības pamatnostādnes. Viņi uzskata, ka iespējamie draudi ir daudz bīstamāki par potenciālo ieguvumu (piemēram, uzlabotiem medikamentiem vai izturīgiem bioprodukcijas organismiem).
Īsumā.
Pētnieki baidās no “Pandoras lādes” atvēršanas, radot dzīvības formu, kas varētu izbēgt no jebkuras kontroles, radot neārstējamas pandēmijas un neatgriezeniski iznīcinot dabiskās ekosistēmas.
Lai gan spoguļdzīvības radīšana pilnā apjomā ir bīstama, darbam ar atsevišķām spoguļmolekulām (molekulām ar apgrieztu kiralitāti) ir milzīgs potenciāls, galvenokārt medicīnā un biotehnoloģijā.
Potenciālie ieguvumi no spoguļmolekulām (Enantiomēriem).
1. Jaunas, noturīgas zāles (Spoguļpeptīdi).
• Fermentatīvā rezistence: Dabiskie fermenti un proteāzes cilvēka organismā ātri noārda parastās aminoskābes un peptīdus, kas ierobežo daudzu medikamentu efektivitāti. Savukārt spoguļpeptīdi (veidoti no D-aminoskābēm) ir pilnīgi imūni pret šo noārdīšanu.
• Ilgāka iedarbība: Tie ilgāk saglabājas organismā un sasniedz mērķi, kas nozīmē, ka zāles var dot mazākās devās vai retāk.
• Vīrusu ārstēšana: Liela daļa antivielu darbojas kā peptīdi. Radot šo peptīdu spoguļversijas, varētu izstrādāt zāles, kas efektīvāk bloķē vīrusu iekļūšanu šūnās, bet kuras vīrusa proteāzes nespēj noārdīt.
2. Uzlabota Diagnostika.
• Stabilitāte: Spoguļmolekulas var izmantot ļoti stabilu un izturīgu diagnostikas reaģentu radīšanai. Piemēram, tās varētu izmantot sensoros, lai ilgstoši un precīzi noteiktu slimību marķierus asinīs vai citos šķidrumos.
3. Pārtikas drošība un ilgmūžība.
• Dabiskā konservēšana: Spoguļpeptīdus var izmantot kā stabilas, bioloģiski drošas piedevas pārtikas produktos. Tā kā mikroorganismi (baktērijas, pelējums) nespēj šīs molekulas metabolizēt (uzņemt un noārdīt), tās varētu darboties kā jaunas paaudzes konservanti, kas dabiski pagarina produktu glabāšanas laiku bez ķīmiskām piedevām.
4. Izturīgas Rūpnieciskās Sistēmas.
• Bioloģiskā noturība: Izstrādājot polimērus vai virsmas, izmantojot apgrieztās molekulas, var panākt, ka tās kļūst izturīgas pret bioloģisko noārdīšanu, ko veic dabiskie mikroorganismi. Tas varētu būt noderīgi, piemēram, bioloģiski inertu implantu izveidē.
Visbūtiskākais ieguvums ir iespēja radīt jaunus, neticami stabilus medikamentus un terapijas līdzekļus, ko nevar noārdīt dabiskie fermenti un kas var efektīvi cīnīties ar slimībām.
Tā kā spoguļpeptīdi piedāvā augstu stabilitāti un rezistenci pret dabiskajiem fermentiem, viens no galvenajiem virzieniem, kur tie sniedz reālas cerības, ir infekcijas slimības un neirodeģeneratīvās slimības. Konkrēta slimība, kuras ārstēšanā jau notiek intensīvi pētījumi, ir HIV (Cilvēka imūndeficīta vīruss).
HIV ārstēšana ar spoguļpeptīdiem.
1. Problēma ar HIV.
HIV ir vīruss, kas uzbrūk imūnsistēmas šūnām. Lai vīruss iekļūtu šūnā, tam nepieciešams izmantot virsmas proteīnus, kas darbojas kā “āķi”.
• Antivielu nestabilitāte: Parastie peptīdi, kas paredzēti šo vīrusa “āķu” bloķēšanai, organismā ātri noārdās, padarot to iedarbību īslaicīgu.
2. Spoguļpeptīdu Risinājums.
Zinātnieki ir radījuši spoguļpeptīdus (sauktus par enantiomēriem), kas darbojas kā sintētiski līdzekļi pret HIV:
• Vīrusa bloķēšana: Spoguļpeptīdi tiek veidoti tā, lai tie perfekti saderētu ar HIV virsmas proteīnu (Gp41 vai Gp120), neļaujot vīrusam piestiprināties pie imūnšūnām.
• Imunitāte pret noārdīšanu: Tā kā spoguļpeptīdi sastāv no D-aminoskābēm (apgriezta kiralitāte), HIV proteāze (ferments, ko vīruss izmanto, lai vairotos un noārdītu citus proteīnus) tos nevar noārdīt. Tie ir pilnīgi neuzņēmīgi pret bioloģisko degradāciju.
• Ilgstoša aizsardzība: Šī stabilitāte nozīmē, ka zāles (ja tās tiks apstiprinātas) nodrošinātu ilgāku un efektīvāku aizsardzību pret vīrusu, samazinot nepieciešamību pēc biežas medikamentu lietošanas.
Citas Perspektīvas un Alcheimera slimība.
Otrs ievērojams pētījumu virziens ir Alcheimera slimība un citas amiloidozes.
• Problēma: Alcheimera slimības attīstībā liela loma ir beta-amiloīda proteīna agregātu veidošanās smadzenēs. Šie agregāti ir ļoti noturīgi un toksiski.
• Risinājums: Pētnieki izstrādā spoguļpeptīdus, kas spēj sasaistīties ar šiem beta-amiloīda agregātiem un novērst to tālāku veidošanos vai pat palīdzēt tos izšķīdināt. Atkal spoguļpeptīdu stabilitāte ir izšķiroša, lai tie spētu saglabāties smadzeņu vidē pietiekami ilgi, lai veiktu savu terapeitisko funkciju.
Tātad, HIV un Alcheimera slimība ir divi spilgti piemēri, kur spoguļpeptīdu unikālās bioloģiskās īpašības ļauj radīt jaunu zāļu klasi.
Labu Dienu!
