الحياة المرآة: صراع العلماء حول تهديد البكتيريا المهندسة في المختبر

وفقًا لدراسة نموذجية، فإن الميكروبات المعتمدة على صور مرآة للجزيئات في العالم الطبيعي ستواجه صعوبة في البقاء خارج المختبر. وللقيام بذلك، سيحتاجون إلى إمدادات جاهزة من “الطعام المرآة”، أو طريقة جديدة لإطعام أنفسهم.

لكن البحث أثار ردود فعل عنيفة من خبراء آخرين في هذا المجال، الذين حذروا من أنه قد يقلل من المخاطر الجسيمة التي يشكلها ما يسمى بالحياة المرآة.

العديد من الجزيئات البيولوجية، مثل الحمض النووي والبروتينات، تكون كيرالية، مما يعني أنها يمكن أن توجد إما في أشكال أعسر أو يمين. مثل يديك اليسرى واليمنى، فإنهما صورتان متطابقتان لبعضهما البعض، ولا يمكن تركيبهما. لكن كل أشكال الحياة على الأرض تستخدم جزيئات الحمض النووي اليمنى وجزيئات البروتين اليسرى، مما يمكّن الآلات الخلوية من التوافق معًا بشكل صحيح.

على الرغم من أن الأمر ليس ممكنًا من الناحية التقنية حتى الآن، فقد يكون من الممكن يومًا ما تصنيع كائنات حية يتم فيها عكس اتجاه الجزيئات أو عدم انطباقها. في عام 2024، نشر 38 عالمًا بحثًا في علوم الدعوة إلى وقف العمل على خلق الحياة المرآة بسبب المخاطر التي قد تشكلها هذه الكائنات – على سبيل المثال، قد لا تتمكن أجهزة المناعة من التعرف على البكتيريا المرآة والدفاع ضدها.

في الدراسة الجديدة، اكتشف ريكارد سولي وزملاؤه من معهد سانتا في بولاية نيو مكسيكو ما يمكن أن يحدث إذا ظهرت مجموعة صغيرة من الكائنات الحية المرآة في المحيط الحيوي للأرض. واستخدموا نماذج حاسوبية لتحديد القيود التي سيتم وضعها على أشكال الحياة المرآة في مجموعة من سيناريوهات العالم الحقيقي المختلفة.

لكي تشكل الحياة المرآة تهديدًا، يجب أولاً أن تكون قادرة على الوجود بطريقة ما مكتفية ذاتيًا، كما يقول سولي. إن أكبر عقبة يتعين على الكائنات الحية المرآة التغلب عليها هي أن أشكال الحياة لا يمكنها إلا هضم الطعام المكون من جزيئات لها نفس اللامركزية مثلها.

يقول سوليه: “يمكن للمرء أن يتخيل هندسة “غذاء مرآة” مخصصًا جنبًا إلى جنب مع الكائنات الحية المرآة. لكن هذا يغير المشكلة بدلاً من حلها”. “لن يتطلب المحيط الحيوي المرآة مغذيات معزولة فحسب، بل يتطلب بنية تحتية صناعية مستمرة قادرة على إنتاج كميات كبيرة من الجزيئات الحيوية المرآتية: السكريات المرآة، والأحماض الأمينية المرآة، والدهون المرآة، وما إلى ذلك.”

تناولت نماذج الفريق على وجه التحديد ما إذا كانت الكائنات الحية المرآة يمكن أن تثبت نفسها بشكل مستقل في بيئات بيئية حقيقية، وليس ما إذا كان بإمكانها البقاء على قيد الحياة مؤقتًا في ظل ظروف معملية أو صناعية خاضعة للرقابة مع أنظمة تغذية هندسية.

يقول سولي: “وجهة نظرنا هي أن الحياة المرآة من المحتمل أن تواجه عوائق شديدة للغاية في ظل مجموعة واسعة من الظروف البيئية، مما يجعل تأسيسها الناجح أمرًا صعبًا”. “ومع ذلك، لا تزال هناك أسئلة مهمة مفتوحة تتطلب مزيدًا من التحليل، بما في ذلك الديناميكيات التطورية طويلة المدى ونماذج أكثر واقعية لكيفية تفاعل أجهزة المناعة مع الكائنات الحية المرآة”.

تم نشر الدراسة على خادم ما قبل الطباعة قبل أن تخضع لمراجعة النظراء. لكن مجموعة من العلماء الذين يدرسون الحياة في المرآة استجابوا بالفعل ببيان يدعو إلى مراجعة الورقة.

وقال فون كوبر من جامعة بيتسبرغ بولاية بنسلفانيا، أحد مؤلفي البيان: عالم جديد أنه على الرغم من أن الميكروبات المرآة ستنمو في البداية بشكل أبطأ من الميكروبات الأصلية بسبب عدم التطابق الغذائي، إلا أن هناك الكثير من العناصر الغذائية غير اللولبية التي يمكن أن تدعم نموها. يقول كوبر: “علاوة على ذلك، فإن مجموعة الخلايا المرآة سوف تتطور بسرعة وتتكيف مع الظروف الجديدة، مما يؤدي إلى خلق شجرة حياة ثانية”.

وتشير الدراسة أيضًا إلى أن التنوع البيولوجي الموجود على الأرض سيكون بمثابة “جدار حماية” ضد الغزو، نظرًا لأن الكائنات الطبيعية تتكيف بشكل أفضل مع البيئة وستتفوق على الكائنات الحية المرآة. في حالة البكتيريا المرآة، قد يستمر الجهاز المناعي في التعرف عليها كأجسام غريبة، كما يقول سولي وزملاؤه.

لكن كوبر غير مقتنع. ويقول: “هناك أمثلة لا حصر لها من بيولوجيا الغزو التي تشير إلى ضعف النظم البيئية المتنوعة بيولوجيًا أمام الغزاة الذين يفتقرون إلى الحيوانات المفترسة”.

كيت أدامالا من جامعة مينيسوتا، أحد مؤلفي خطة 2024 علوم يقول فريق سوليه إن توفير الغذاء الذي يحتوي على نفس الجزيئات اللولبية سيكون عاملاً مقيدًا للكائنات الحية المرآة. وتقول: “هذا هو العيب المتأصل الذي قد تواجهه الحياة في أي بيئة طبيعية”.

لكنها تشير إلى أن هناك طرقًا يمكن لهذه الكائنات من خلالها أن تصنع طعامها بنفسها باستخدام عملية التمثيل الضوئي. ويمكن أيضًا تصميمها للاستفادة من الجزيئات اللولبية الموجودة في الطبيعة. يقول أدامالا: “سيكون من الصعب للغاية صنع مثل هذا الكائن الحي، ولكن ليس من المستحيل تخيل ذلك”. “لست واضحًا بشأن السبب وراء وصف المؤسسة واسعة النطاق بأنها “غير مرجحة إلى حد كبير” إذن”.

يقول سوليه إن فريقه أخذ في الاعتبار إمكانية استغلال الكائنات الحية المرآة للمغذيات غير اللولبية، أو استخدام التمثيل الضوئي، لكنه يرى أنهم سيظلون يواجهون نفس التحديات البيئية.

ويقول: “السؤال الرئيسي ليس ما إذا كان يمكن الوصول إلى بعض العناصر الغذائية، ولكن ما إذا كان الوصول إليها كافيا للحفاظ على النمو الإيجابي على المدى الطويل في المنافسة مع المحيط الحيوي الحالي”. “حتى لو تمكنت الكائنات المرآة من البقاء على قيد الحياة على مجموعة محدودة من المركبات اللاكيرالية، فإنها ستظل تواجه قيودًا بيئية شديدة، بما في ذلك انخفاض جودة الموارد، والتخفيف، والمنافسة، وعدم القدرة على معالجة الغالبية العظمى من الجزيئات الحيوية اللاكيرالية المتاحة بشكل طبيعي بكفاءة.”

تقول فيليبا لينتزوس، من جامعة كينغز كوليدج في لندن، إن الحياة في المرآة هي مصدر قلق معقول في المستقبل، لكن لا ينبغي لها أن تلفت الانتباه عن المخاطر البيولوجية الملحة على المدى القريب. وتقول: “إن الاستجابة الصحيحة ليست الذعر، وليس الرفض. إنها حوكمة حذرة في المراحل الأولية، وخطوط حمراء واضحة حول العمل المحفوف بالمخاطر، وأجندة بحثية متناسبة لا تزاحم الأولويات الأكثر إلحاحًا في مجال السلامة البيولوجية والأمن البيولوجي”.

يقول لينتزوس: “حقيقة أن هذه الورقة تدافع عن القيود البيئية لا تلغي الحاجة إلى الحوكمة. إنها توضح لماذا يجب أن تكون الحوكمة قائمة على الأدلة وقابلة للتكيف: نحن بحاجة إلى فهم الافتراضات التي تؤدي إلى المخاطر، وأين توجد أوجه عدم اليقين، وما هي أنواع العمل التي من شأنها أن تغير الصورة بشكل ملموس”.