მეცნიერ ქეით ადამალას ზუსტად არ ახსოვს, როდის გააცნობიერა, რომ მისი ლაბორატორია მინესოტის უნივერსიტეტში პოტენციურად საშიშ პროექტზე მუშაობდა – იმდენად საშიშზე, რომ ზოგიერთი მკვლევრის აზრით, მას დედამიწაზე არსებული ყველა რთული სიცოცხლის ფორმისთვის ეგზისტენციალური რისკის შექმნა შეუძლია.
რა არის სარკისებრი სიცოცხლე?
სანამ სარკისებრ სიცოცხლეზე ვისაუბრებ, ჯერ ჩვეულებრივ სიცოცხლეს უნდა შევეხო. ყველა ბიომოლეკულას, რომელიც სიცოცხლეს ქმნის, როგორიცაა დნმ და ცილები, აქვს თავისი “მხარე“, ისევე, როგორც თქვენს ხელებს. თეორიულად, ისინი შეიძლება არსებობდნენ როგორც მემარცხენე, ისე მემარჯვენე ვერსიით. მილიარდობით წლის წინ, სიცოცხლემ დედამიწაზე სტანდარტად მემარცხენე ცილები დაამკვიდრა. მას შემდეგ, ყველა სიცოცხლის ფორმა, რომელიც მისგან განვითარდა, მემარცხენე ცილებს იყენებს.
მაშასადამე, როდესაც სარკისებრ სიცოცხლეზე ვსაუბრობთ, ეს ერთგვარი “რა მოხდებოდა, რომ…“ ექსპერიმენტია: რა მოხდებოდა, რომ სიცოცხლე მემარცხენე ცილების ნაცვლად მემარჯვენე ცილებით აგვეგო? ეს იქნებოდა რაღაც, რაც ძალიან ჰგავს ბუნებრივ სიცოცხლეს, მაგრამ ბუნებაში არ არსებობს. ჩვენ ამას სარკისებრ სიცოცხლეს ვუწოდებთ. ასეთი ტიპის სიცოცხლე მხოლოდ იმ შემთხვევაში იარსებებს, თუ ის სინთეზურად, ლაბორატორიაში შეიქმნება.
რატომ შეიძლება სცადონ მეცნიერებმა სარკისებრი სიცოცხლის შექმნა?
მეცნიერების ინტერესი, ძირითადად, სარკისებრი თერაპიული საშუალებების (წამლების) შექმნას უკავშირდება.
როდესაც ადამიანს წამალს აძლევ, განსაკუთრებით ცილოვან ან ნუკლეინის მჟავაზე დაფუძნებულს, ორგანიზმში არსებული მომნელებელი ფერმენტები მას სწრაფად შლის, ზოგჯერ წუთებშიც კი. ეს ძალიან ართულებს ქრონიკული დაავადებების მკურნალობას ისე, რომ ის ეკონომიური და მოსახერხებელი იყოს.
მაგრამ სარკისებრ მოლეკულებს ეს მომნელებელი ფერმენტები ვერ ცნობენ, ამიტომ მათ პოტენციურად გაცილებით დიდხანს შეუძლიათ ორგანიზმში დარჩენა. ეს კი გზას უხსნის თერაპიული საშუალებების სრულიად ახალ კლასს, რომელიც იმ დაავადებების მკურნალობის საშუალებას მოგვცემს, რომლებიც ამჟამად დიდ გამოწვევას წარმოადგენს.
ამჟამად, სარკისებრ თერაპიულ საშუალებებს ქიმიურად ვქმნით – თითქოს მოლეკულებს ატომ-ატომ “ვკერავთ“. სარკისებრი ბაქტერიები რომ გვყავდეს, რომლებიც ამას ჩვენთვის დაამზადებდნენ, ეს სარკისებრი წამლების გაცილებით ეფექტური და ფართომასშტაბიანი წარმოების გზა იქნებოდა.
კვლევები უნდა გაგრძელდეს?
ქეით ადამალა იყო ერთ-ერთი იმ ოთხი მკვლევრიდან, რომელმაც 2019 წელს აშშ-ის ეროვნული სამეცნიერო ფონდისგან 4 მილიონი დოლარის გრანტი მიიღო იმის გამოსაკვლევად, შესაძლებელია თუ არა სარკისებრი უჯრედის შექმნა, რომელშიც ყველა შემადგენელი ბიომოლეკულის სტრუქტურა ჩვეულებრივი უჯრედების მოლეკულების საპირისპირო (სარკისებრი ანარეკლი) იქნებოდა.
ტერმინების განმარტება:
- სარკისებრი უჯრედი (Mirror Cell): ჰიპოთეტური უჯრედი, რომლის ყველა ძირითადი ბიომოლეკულა (დნმ, ცილები და ა.შ.) არის მათი ბუნებრივი ფორმების სარკისებრი ანარეკლი. მაგალითად, თუ ბუნებრივი ცილა თქვენს მარცხენა ხელს ჰგავს, სარკისებრი ცილა – მარჯვენას.
- ბიომოლეკულები: ცოცხალ ორგანიზმებში არსებული მოლეკულები, როგორიცაა ცილები, ნუკლეინის მჟავები (დნმ, რნმ), ნახშირწყლები და ლიპიდები.
თავდაპირველად, ისინი ფიქრობდნენ, რომ ეს კვლევა მნიშვნელოვანი იყო, რადგან ასეთ შებრუნებულ უჯრედებს, რომლებიც ბუნებაში არასდროს არსებობდა, შეეძლოთ ნათელი მოეფინათ სიცოცხლის წარმოშობისთვის და გაეადვილებინათ თერაპიული ღირებულების მქონე მოლეკულების შექმნა, რაც პოტენციურად დაგვეხმარებოდა ისეთი მნიშვნელოვანი სამედიცინო გამოწვევების დაძლევაში, როგორიცაა ინფექციური დაავადებები და სუპერბაქტერიები. მაგრამ მალე ეჭვები გაჩნდა.
“ეს არ ყოფილა ერთი უეცარი აღმოჩენა. ეს იყო ნელი პროცესი, რომელიც რამდენიმე თვეს გაგრძელდა,“ – ამბობს ადამალა, სინთეზური ბიოლოგი. მისი თქმით, კოლეგებმა დაიწყეს კითხვების დასმა, “ჩვენ გვეგონა, რომ პასუხები გვქონდა, მაგრამ მალევე მივხვდით, რომ ვცდებოდით.“
კითხვები ეხებოდა იმას, თუ რა მოხდებოდა, მეცნიერებს რომ წარმატებით შეექმნათ “სარკისებრი ორგანიზმი“, მაგალითად, ბაქტერია, რომელიც ბუნებრივი ფორმების სარკისებრი ანარეკლი მოლეკულებისგან იქნებოდა შემდგარი. შეიძლებოდა თუ არა ის უკონტროლოდ გავრცელებულიყო სხეულში ან გარემოში და სერიოზული საფრთხე შეექმნა ადამიანის ჯანმრთელობისა და პლანეტისთვის? თუ ის უბრალოდ უვნებლად გაქრებოდა?
სინთეზურმა ბიოლოგმა ქეით ადამალამ სარკისებრი უჯრედების კვლევაზე უარი თქვა მას შემდეგ, რაც მის პოტენციურ საფრთხეებს გააცნობიერა.
მოლეკულების „მემარჯვენეობა“ და „მემარცხენეობა“
ბუნებაში, მრავალი ძირითადი ბიომოლეკულის სტრუქტურა “მემარჯვენე“ ან “მემარცხენეა“, თუმცა გაურკვეველია, რატომ განვითარდა სიცოცხლე ასე. ამ თვისებას ქირალობა ეწოდება და ის პირველად ფრანგმა მეცნიერმა ლუი პასტერმა 1848 წელს აღმოაჩინა.
რა არის ქირალობა (Chirality)? ქირალობა არის ობიექტის თვისება, რომლის მიხედვითაც ის და მისი სარკისებრი ანარეკლი ერთმანეთს არ ემთხვევა. ყველაზე მარტივი მაგალითი ჩვენი ხელებია: მარჯვენა და მარცხენა ხელი ერთმანეთის სარკისებრი ანარეკლია, მაგრამ მათ ერთმანეთზე ვერ დაადებთ ისე, რომ სრულად დაემთხვეს. ანალოგიურად, მოლეკულებიც შეიძლება იყვნენ “მემარცხენე“ ან “მემარჯვენე“.
მაგალითად, დნმ და რნმ აგებულია “მემარჯვენე“ ნუკლეოტიდებისგან, ხოლო ცილები – “მემარცხენე“ ამინომჟავებისგან. ისევე, როგორც მარჯვენა ხელის ხელთათმანი არ ერგება მარცხენა ხელს, ან როგორც გასაღები ზუსტად ერგება საკეტს, მოლეკულებს შორის ურთიერთქმედებაც ხშირად ქირალობაზეა დამოკიდებული, და ცოცხალ სისტემებს გამართულად ფუნქციონირებისთვის ქირალობის თანმიმდევრული პატერნები სჭირდება.
სარკისებრ უჯრედში ყველა მოლეკულა მათი სარკისებრი ვერსიებით იქნებოდა ჩანაცვლებული. ასეთი რამ ჯერჯერობით ჰიპოთეტურია; ბუნებრივი ქირალობის მქონე სინთეზური უჯრედის შექმნაც კი, რომელიც თავისი ბუნებრივი ანალოგის იდენტური იქნება, ჯერ შეუძლებელია, მაგრამ ეს კვლევის აქტიური და საინტერესო სფეროა.
მცირე ზომის სარკისებრი მოლეკულები თავისთავად საფრთხეს არ წარმოადგენენ, და მეცნიერებს უკვე შეუძლიათ უსაფრთხოდ შექმნან საპირისპირო ქირალობის ცილები და ნახშირწყლები, რომლებსაც ფარმაცევტული პოტენციალი აქვთ.
თუმცა, სრულყოფილი სარკისებრი უჯრედების შექმნა ჯერ კიდევ შორეული პერსპექტივაა. ადამალამ და მისმა კოლეგებმა ამ მიმართულებით დიდ პროგრესს ვერ მიაღწიეს. კოვიდ-19-ის პანდემიამ კვლევა შეანელა, მაგრამ, რაც მთავარია, სხვადასხვა სფეროს კოლეგებთან არაფორმალურმა საუბრებმა განგაშის ზარები ჩამოჰკრა.
“ბიოუსაფრთხოების, იმუნოლოგიისა და ეკოლოგიის ექსპერტები არ თვლიდნენ, რომ სარკისებრი უჯრედის შექმნა რეალური იყო, მათ ეს სამეცნიერო ფანტასტიკა ეგონათ,“ — ამბობს ის.
ერთ-ერთი ყველაზე გასაკვირი რამ, რაც ამ მეცნიერებმა აღნიშნეს, იყო ის, რომ “სარკისებრი უჯრედები, სავარაუდოდ, სრულიად უხილავი იქნებოდა ადამიანის იმუნური სისტემისთვის.“ ადამალა დასძენს: “მე მეგონა, იმუნური სისტემა ნებისმიერი შემომჭრელი ბიომოლეკულის აღმოჩენის გზას იპოვიდა. არ ვიცოდი, რამდენად ქირალური იყო თავად იმუნური სისტემა.“
2023-2024 წლებში ამ საუბრებმა 38 მეცნიერისგან შემდგარი სამუშაო ჯგუფი ჩამოაყალიბა, რომელმაც 2024 წლის დეკემბერში სამეცნიერო ჟურნალ Science-ში გამოაქვეყნა სტატია სათაურით “სარკისებრი სიცოცხლის რისკებთან დაპირისპირება“. სტატია აჯამებდა იმავე ჯგუფის მიერ მომზადებულ 300-გვერდიან დეტალურ ანგარიშს.
ანგარიშის დასკვნით, სარკისებრი უჯრედები შეიძლება რეალობად იქცეს მომდევნო 10-30 წელიწადში და აღწერილი იყო პოტენციურად გამანადგურებელი შედეგები, თუ სარკისებრი ბაქტერიები გარემოში მოხვდებოდა და გავრცელდებოდა, თავიდან აირიდებდა ბუნებრივ ბიოლოგიურ კონტროლს და საშიშ პათოგენებად იმოქმედებდა.
განკითხვის დღის სცენარები
“არსებობს შესაძლებლობა, რომ დიდი ძალისხმევის შედეგად შევქმნათ რაღაც, რაც შეძლებს შეუჩერებლად ზრდას, მთელ პლანეტაზე გავრცელებას და სიცოცხლის მრავალი ფორმის, მათ შორის ჩვენი, ცხოველების, მცენარეებისა და ზოგიერთი მიკრობის განადგურებას,“ — თქვა დევიდ რელმანმა, სტენფორდის უნივერსიტეტის მიკრობიოლოგიისა და იმუნოლოგიის პროფესორმა.
მათი შეშფოთება იმ ფაქტიდან გამომდინარეობდა, რომ რადგან ბუნებრივი სიცოცხლე ქირალურია, ბუნებრივ ორგანიზმებსა და სარკისებრ ბაქტერიებს შორის ურთიერთქმედება სრულიად არაპროგნოზირებადი იქნებოდა. მართალია, პირველი სარკისებრი ბაქტერია, სავარაუდოდ, ძალიან მყიფე იქნებოდა, მაგრამ სათანადო საკვები ნივთიერებების პირობებში მას შეეძლო გადარჩენა. საბოლოოდ, ის შეიძლება ინვაზიური სახეობასავით მოქცეულიყო, რომელიც ეკოსისტემებს დაარღვევდა, რადგან მას ბუნებრივი მტერი არ ეყოლებოდა.
რელმანის თქმით, სარკისებრ ბაქტერიებს შეეძლოთ თავი აერიდებინათ მცენარეების, ცხოველებისა და ადამიანების იმუნური სისტემების კრიტიკული ნაწილებისთვის, რომლებსაც მათი აღმოჩენა ან განადგურება გაუჭირდებოდათ.
ადამიანის ორგანიზმში მოხვედრის შემდეგ, სარკისებრ ბაქტერიას ჰიპოთეტურად შეეძლო გამრავლებულიყო უზარმაზარი რაოდენობით და მასპინძელში სეფსისური შოკის მსგავსი მდგომარეობა გამოეწვია. პოტენციური სამედიცინო საშუალებები – მათ შორის ანტიბიოტიკების უმეტესობა – ქირალურია, რაც ნიშნავს, რომ ისინი, სავარაუდოდ, უმოქმედო იქნებოდნენ სარკისებრი ბაქტერიების წინააღმდეგ.
მიუხედავად იმისა, რომ ასეთი სცენარი გარანტირებული არ არის და რისკების შესახებ დიდი გაურკვევლობა არსებობს, ვერავინ შეძლო ამ საფრთხეების სრულად უარყოფა.
“რაც უფრო მეტს ვიკვლევდით, მით უფრო ვრწმუნდებოდით, რომ სარკისებრი უჯრედის შექმნის უსაფრთხო გზა არ არსებობს,“ – ამბობს ადამალა.
წითელი ხაზები
თუმცა, დისკუსიაში ჩართული სხვა ექსპერტები ამბობენ, რომ მნიშვნელოვანია ფრთხილი ნაბიჯების გადადგმა და არა ისეთი ნაჩქარევი გადაწყვეტილებების მიღება, რომლებმაც შეიძლება სამეცნიერო პროგრესს შეუშალონ ხელი. ისინი ხაზს უსვამენ, რომ ცალკეული სარკისებრი მოლეკულების შემუშავების კვლევა უნდა გაიმიჯნოს სარკისებრი უჯრედების ან ორგანიზმების შექმნისგან.
მაიკლ ქეი, იუტას უნივერსიტეტის ბიოქიმიის პროფესორი, რომელიც სარკისებრ მოლეკულებზე დაფუძნებულ წამლებზე მუშაობს (ძირითადად აივის მსგავსი ინფექციების წინააღმდეგ), არ უჭერს მხარს „წითელ ხაზებს“, რომლებიც კვლევის სფეროს სრულად დაბლოკავდა.
მნიშვნელოვანი განსხვავება:
- სარკისებრი მოლეკულები: ცალკეული მოლეკულები, მაგალითად, ცილები, რომლებსაც თვითგამრავლება არ შეუძლიათ. მათ დიდი პოტენციალი აქვთ მედიცინაში, რადგან ორგანიზმი მათ ადვილად ვერ შლის და უფრო სტაბილურები არიან.
- სარკისებრი ორგანიზმები: ცოცხალი, თვითგამრავლებადი უჯრედები, რომლებიც სარკისებრი მოლეკულებისგან შედგებიან. სწორედ ისინი წარმოადგენენ პოტენციურ ეგზისტენციალურ საფრთხეს.
ქეი წუხს, რომ სიტყვა “სარკისებრი“ ავტომატურად გაიგივდება სახიფათო კვლევასთან, რაც ინოვაციებს შეაფერხებს. “სარკისებრი მოლეკულები ინერტული ქიმიკატებია უდიდესი სარგებლით,“ — განმარტავს ის. “მომდევნო 5-10 წელიწადში ეს წამლების დიდი კლასი გახდება.“
სინთეზური, მაგრამ არა-სარკისებრი სიცოცხლე
ბევრი სინთეზური ბიოლოგი, მათ შორის ადამალა, ცდილობს შექმნას სინთეზური უჯრედი – ბუნებრივი ქირალობით – არაცოცხალი ნაწილებისგან. მიზანია იმ ბიოქიმიური რეაქციების კასკადის გაგება, რომელმაც სიცოცხლის წარმოშობა განაპირობა.
ექსპერტების უმეტესობა თანხმდება, რომ ბუნებრივი ქირალობის მქონე სინთეზური უჯრედის შექმნა უსაფრთხოა, რადგან თუ ასეთი ბაქტერია გარემოში მოხვდება, ის ნებისმიერი ეკოსისტემის ჩვეულებრივ კონტროლს დაექვემდებარება და ბუნებრივი მტრების (მაგ. ვირუსების) იოლი სამიზნე გახდება. შესაბამისად, ის უკონტროლოდ ვერ გავრცელდება.
საშიშროება ჩნდება, თუკი ამ ტექნოლოგიას სარკისებრი მოლეკულებით გამოიყენებენ. ჯონ გლასისთვის, სინთეზური ბიოლოგიის ჯგუფის ლიდერისთვის, აშკარა “წითელი ხაზი“ არის სარკისებრი რიბოსომის შექმნისგან თავის შეკავება.
რა არის რიბოსომა? რიბოსომა არის უჯრედული “მანქანა“, რომელიც ცილებს აწარმოებს. ის კითხულობს გენეტიკურ ინფორმაციას და მის საფუძველზე აწყობს ამინომჟავებს ცილის მოლეკულად. სარკისებრი რიბოსომის შექმნა იქნებოდა უმნიშვნელოვანესი ნაბიჯი სრულფასოვანი სარკისებრი უჯრედის შექმნისკენ.
თუმცა, მაიკლ ქეი ამას არ ეთანხმება. მისი ლაბორატორია სარკისებრი რიბოსომის შექმნის იდეას განიხილავს, რათა ფარმაცევტული გამოყენებისთვის მაღალი ხარისხის სარკისებრი ცილები ეფექტიანად აწარმოოს.
ჯონ გლასი, კალიფორნიის ქალაქ ლა-ჰოიაში მდებარე ჯ. კრეიგ ვენტერის ინსტიტუტის სინთეზური ბიოლოგიის ჯგუფის პროფესორი და ხელმძღვანელი თავის ლაბორატორიაში. ფოტო: ლორა ოლივერიო/CNN
სამეცნიერო თავშეკავება
ადამალამ და მისმა კოლეგებმა გადაწყვიტეს, არ განეახლებინათ კვლევის გრანტი და დაასრულეს მუშაობა სარკისებრ უჯრედებზე. ახლა ის ფოკუსირებულია დისკუსიებზე, თუ როგორ უნდა დარეგულირდეს ეს სფერო.
2025 წლის თებერვალში თითქმის 100-მა მკვლევარმა, დამფინანსებელმა და პოლიტიკოსმა ხელი მოაწერა მიმართვას, რომელშიც ნათქვამია: “სარკისებრი სიცოცხლე არ უნდა შეიქმნას, სანამ მომავალი კვლევები დამაჯერებლად არ დაამტკიცებენ, რომ ის სერიოზულ რისკებს არ წარმოადგენს.“
“თითქმის ყველა თანხმდება, რომ ცოცხალი სარკისებრი უჯრედი არ უნდა შევქმნათ. ეს არის საბაზისო პოზიცია, მაგრამ ამის ქვემოთ ადამიანებს ბევრი სხვადასხვა იდეა აქვთ, სად უნდა შევჩერდეთ,“ – ამბობს ადამალა. “ამჟამად, სამეცნიერო საზოგადოება წითელ ხაზებზე ვერ თანხმდება.“
რელმანი იმედოვნებს, რომ მათი პროაქტიული ძალისხმევა დაიცავს პლანეტას და აღადგენს საზოგადოების ნდობას მეცნიერების მიმართ.
“განა შესანიშნავი არ იქნება, თუ ჩვენ ვიქნებით “იურული პარკის“ დოქტორი იან მალკოლმი?“ – ამბობს ის, – “ჩვენ, მეცნიერებმა… უნდა ვიფიქროთ იმაზე, უნდა გავაკეთოთ თუ არა რამე, და არა მხოლოდ იმაზე, შეგვიძლია თუ არა ამის გაკეთება.“
წყაროები:
