زندگی آینهای چیست؟ دانشمندان هشدار میدهند
دانشمند کِیت آداملا دقیقا به خاطر نمیآورد کی متوجه شد آزمایشگاهش در دانشگاه مینهسوتا در حال کار روی چیزی است که ممکن است خطرناک باشد — و در واقع آنقدر خطرناک که برخی محققان فکر میکنند ممکن است تهدیدی وجودی برای تمام اشکال حیات روی زمین باشد.
او یکی از چهار پژوهشگری بود که در سال ۲۰۱۹ جایزه ۴ میلیون دلاری بنیاد ملی علم آمریکا دریافت کردند تا بررسی کنند آیا ممکن است سلول آینهای تولید شود، در آن ساختار تمام بیومولکولهای تشکیلدهنده آن برعکس نمونههای طبیعی باشد.
آنها معتقد بودند این کار اهمیت دارد، چون چنین سلولهایی که هرگز در طبیعت وجود نداشتهاند، میتوانند به منشاهای حیات نور بدهند و ساخت مولکولهایی با ارزش درمانی را آسانتر کنند، و در نتیجه به مقابله با چالشهای پزشکی مهمی مانند بیماریهای عفونی و باکتریهای مقاوم کمک کنند. اما تردید در دلشان راه یافت.
«هرگز یک لحظه روشنایی نبود. بلکه نوعی جوشش آرام در چند ماه بود»، آداملا، زیستشناس مصنوعی، گفت. او افزود، «و شروع کردند به پرسیدن سوالاتی، و ما فکر کردیم میتوانیم به آنها پاسخ دهیم، و سپس فهمیدیم نمیتوانیم.»
سوالات بر سر این بود که چه اتفاقی میافتد اگر دانشمندان موفق شوند یک «ارگانیسم آینهای» مانند یک باکتری از مولکولهایی که تصاویر آینهای فرمهای طبیعی آنها هستند، بسازند. آیا ممکن است به طور ناخواسته در بدن یا محیط پخش شود و خطرات جدی برای سلامت انسان و پیامدهای وخیم برای سیاره داشته باشد؟ یا صرفاً بیخیال و بیضرر ناپدید شود بیآنکه اثری از خود باقی بگذارد؟
در طبیعت، ساختار بسیاری از بیومولکولهای عمده راستدست یا چپدست است، گرچه مشخص نیست چرا حیات به این صورت تکامل یافته است. این خاصیت که به آن «کریالیتی» گفته میشود، اولین بار توسط دانشمند فرانسوی لوئیس پاستور در ۱۸۴۸ کشف شد. به عنوان مثال، DNA و RNA از نوکلئوتیدهای «راستدست» ساخته شدهاند و پروتئینها از آمینو اسیدهای «چپدست». همانطور که دستکش راستدست نمیتواند دست چپ را بپوشد یا کلید دقیقاً در قفل قرار میگیرد، تعاملات بین مولکولها اغلب بستگی به کریالیتی دارند و سامانههای زنده نیازمند الگوهای منسجم کریالیتی برای عملکرد صحیح هستند.
در یک سلول آینهای، تمام مولکولهای آن جایگزین با نسخههای تصویر آینهای میشوند. چنین توسعهای فرضی است؛ حتی ساختن یک سلول مصنوعی با کریالیتی طبیعی که نمونههای زنده معمولی آن را تقلید کند، هنوز ممکن نیست، اما این یک حوزه پژوهشی فعال و جذاب است که آداملا و چند گروه تحقیقاتی دیگر در حال پیگیری آن هستند. دانشمندان میتوانند بسیاری از اجزا را از پیشمادههای غیرزنده بسازند، و به زودی میتوانند سلولهای مصنوعی نرمال را طراحی کنند که در تئوری بتوانند اشکال حیات تکسلولی مانند باکتریها را ایجاد کنند.
به تنهایی، مولکولهای کوچک آینهای خطر خاصی ندارند، و دانشمندان هماکنون میتوانند پروتئینها و کربوهیدراتهایی با کریالیتی معکوس بسازند که وعده دارویی دارند.
سلولهای کامل آینهای، اما، هنوز در دسترس نیستند. آداملا و همکارانش در تحقیقاتشان چندان پیشرفت نکردند. پاندمی کووید-۱۹ باعث شد که تحقیقات کند پیش برود و مهمتر، گفتگوهای غیررسمی که آداملا با همکاران در رشتههای دیگر در کنفرانسها و مجامع داشت، شروع به ایجاد نگرانی کرد.
«افرادی که در حوزههای بیوسایستی، ایمنیشناسی و بومشناسی تخصص دارند، فکر نمیکردند چیزی مانند سلول آینهای واقعاً محتمل باشد، آنها آن را علم تخیل میدانستند»، او گفت.
یکی از چیزهایی که این دانشمندان دیگر مطرح کردند و برای او بسیار غافلگیرکننده بود، این بود که «سلولهای آینهای احتمالاً کاملاً نامرئی برای سیستم ایمنی انسان خواهند بود»، آداملا افزود. «من فکر میکردم سیستم ایمنی راهی برای تشخیص هر مولکول مهاجم پیدا میکند. نمیدانستم چقدر سیستم ایمنی کریال است.»
در طول سالهای ۲۰۲۳ و ۲۰۲۴، این گفتگوهای موقت به یک گروه کاری متشکل از ۳۸ دانشمند، از جمله آداملا، منجر شد و در دسامبر ۲۰۲۴، این گروه مقالهای انتحاری در مجله علمی معتبر Science با عنوان «رو در رو شدن با خطرات حیات آینهای» منتشر کرد، که یافتههای گزارشی ۳۰۰ صفحهای را خلاصه میکرد.
او گفت آنچه او را خوشبین میکند، این است که بر خلاف سایر حوزههای مناقشهبرانگیز و پرخطر علم مانند کلونینگ، زندگی آینهای هنوز وجود ندارد — این چیزی نیست که در حال حاضر باشد و سختتر متوقف شود. «یک فرصت واقعی وجود دارد که ما مجبور نباشیم این اتفاق برایمان بیفتد، مگر اینکه خودمان بخواهیم.»
خطوط قرمز
با این حال، دیگر کارشناسان درگیر در بحثهای زندگی آینهای در منچستر گفتند که مهم است با احتیاط قدم برداریم و تصمیمات عجولانهای نگرفته و مانع پیشرفت علمی شویم. آنها تأکید کردند که تحقیقات برای توسعه مولکولهای آینهای فردی باید از توسعه سلولها یا ارگانیسمهای آینهای متمایز باشد — هرچند هر دو گاهی اوقات «زندگی آینهای» یا «زیستشناسی آینهای» نامیده میشوند.
مایکل کی، استادیار بیوشیمی در دانشگاه یوتا که بر توسعه داروها — عمدتاً علیه بیماریهای عفونی مانند HIV — بر اساس مولکولهای تصویر آینه تمرکز دارد، گفت که من «چندان طرفدار» خطوط قرمز نیستم که به طور کامل یک حوزه مطالعه را مسدود کند.
کی اشاره کرد: «احساس میکنم آنها ابزار خیلی تندی هستند»، اشاره به مقررات کلی.
چون بدن انسان آنها را راحتتر شناسایی نمیکند، مولکولهای آینهای مانند پروتئینها و اسیدهای نوکلئیک در مقابل تجزیه مقاوم هستند و در آنجا پایدارترند — ویژگیهای مفید برای داروهای درمانی احتمالی. و چون پروتئینهای آینهای نمیتوانند خودتکثیر شوند، خطرات مشابه سلول آینهای را ندارند. با این حال، کی نگران است که از طریق پیامرسانی نامشخص، واژه «آینه» به طور خودکار با تحقیقات پرخطر برابر شود و این نوآوری در این حوزه را محدود کند.
او توضیح داد: «مولکولهای آینهای مواد شیمیایی غیرفعال با مزایای عظیم هستند»، «این تحقیقات خیلی اولیه است، اما اینجا هستند و در آزمایشهای بالینی بسیار بیشتری در حال انجام است. در پنج یا ده سال آینده، این یک گروه بزرگ دارو خواهد شد.»
او همچنین اشاره کرد که خطرات سلولها یا ارگانیسمهای آینهای، در صورت آزاد شدن، ناشناخته است. «این (ارگانیسم) ممکن است فقط گرسنه بمیرد، که فکر میکنیم احتمالاً محتملترین حالت است، یا تمام منابع زمین را مصرف کند و با تمام زندگی موجود رقابت کند»، کی گفت. «این یک دامنه وسیع است.»
با این حال، او گفت تلاشهای جاری برای سنجش خطرات مهم است: «فکر میکنم هر تلاشی که به ما زمان بیشتری بدهد تا بهتر درک کنیم و بهتر در نظر بگیریم خطرات و فقط با قصد و نیت بیشتر فناوریها را توسعه دهیم، به جای اینکه هرج و مرج باشد، مفید است. و ما وقت داریم تا این اتفاق بیفتد»، کی افزود. «این قریبالوقوع نیست.»
زندگی مصنوعی غیرآینهای
بسیاری از زیستشناسان مصنوعی، از جمله آدامالا، در پی ساخت یک سلول مصنوعی — با چیرالیته طبیعی — از ابتدا با قسمتهای غیرزنده هستند. هدف این است که چیزی خلق شود که فرآیندهای زیستی را تقلید کند تا بر زنجیره واکنشهای بیوشیمیایی که اولین بار چندصد میلیون سال پیش به حیات منجر شد، نور بتاباند و به حل مشکلات در پزشکی، صنعت، محیطزیست و تحقیقات پایه کمک کند.
آدامالا توضیح داد: «یک سلول مصنوعی مانند سیستمعامل برای حیات است: به ما اجازه میدهد زیستفناوری را در مقیاس بیسابقه و با دقتی که در سلولهای طبیعی نمیتوانیم داشته باشیم، مهندسی کنیم.»
چیرالیته میتواند از مولکولهای بیحیات ساخته شود، پس در تئوری، یک سلول تصویر آینهای میتواند از مولکولهای تصویر آینهای با استفاده از همان روشها ساخته شود.
مذاکرات اولیه گلاس با رلمان در آوریل ۲۰۲۴ درباره خطرات احتمالی زندگی آینهای او را «متحیر» کرد، او به یاد آورد. «این باعث شد از خودم بپرسم که آیا کارهایی که سالها انجام دادهام، روزی ممکن است منجر به ایجاد یک آرمایگدون پایهگذاری شده بر باکتریهای آینهای باشد که ما از آن ترس داریم»، گفت.
با این حال، بیشتر کارشناسان معتقدند ساختن یک سلول مصنوعی با چیرالیته طبیعی امن است، زیرا اگر باکتری ساخته شده از یک سلول مصنوعی وارد محیطی شود، تحت کنترلهای معمول هر اکوسیستم قرار میگیرد و به آسانی طعمه شکارچیان طبیعی مانند ویروسهایی که باکتریها را هدف قرار میدهند، میشود. بنابراین، نمیتواند به طور کنترلناپذیر گسترش یابد.
گزارش نتیجهگیری کرد که سلولهای آینهای ممکن است در ۱۰ تا ۳۰ سال آینده واقعیت پیدا کنند و پیامدهای مخرب احتمالی در صورت آزادسازی باکتریهای آینهای در محیط و گسترش آنها، که کنترلهای بیولوژیکی طبیعی را دور میزنند و به عنوان عوامل بیماریزا خطرناک عمل میکنند، را شرح داد.
از آن زمان، یک سازمان غیرانتفاعی به نام صندوق گفتوگوی زیستشناسی آینهای، مجموعهای از جلسات را برای توسعه توصیههایی برای جلوگیری از تهدیدی که زندگی آینهای میتواند ایجاد کند، برگزار کرده است. در حالی که توافق کلی بر این است که باید از ایجاد موجودات آینهای مانند باکتریها جلوگیری شود، بحثهای زیادی درباره محدودیتهای تحقیق در زیستشناسی آینهای وجود دارد.
سناریوهای آخرالزمان
دهها کارشناس در کنفرانس دو روزهای در منچستر، انگلستان، در سپتامبر، برای بحث در مورد اینکه چه خطوط قرمزی باید کشیده شود تا تحقیقات در فناوریهایی که میتوانند منجر به ساخت موجودات آینهای شوند، محدود گردد، گرد هم آمدند.
دیوید رلمان، استاد میکروبیولوژی و ایمنیشناسی در دانشگاه استنفورد، که در این نشست در مؤسسه زیستفناوری دانشگاه منچستر حضور داشت، گفت: «امکان دارد، با تلاش بسیار، چیزی بسازیم که بیوقفه رشد کند، در سراسر سیاره پخش شود و اشکال زیادی از حیات، از جمله ما، حیوانات اطراف، گیاهان و حتی برخی میکروبها را جایگزین یا بکشد.»
رلمان، مانند آدامالا، یکی از اعضای اولیه گروه کاری بود و به یاد میآورد که گفتگوهای اولیه را محرمانه نگه داشتند. «ما نمیخواستیم خیلی هشدار دهنده باشیم. همچنین نمیخواستیم مانند دیوانهها به نظر برسیم،» او به یاد میآورد. «فکر میکنم همهمان امیدوار بودیم که به زودی متوجه شویم که در این منطق نقص فاجعهباری وجود دارد، اما این موضوع آنقدر مرا نگران کرد که شبها از خواب بیدارم میکرد.»
نگرانی آنها ناشی از این بود که، چون زندگی طبیعی چیرال است، تعاملات بین ارگانیزمهای طبیعی و باکتریهای آینهای به شدت غیرقابل پیشبینی خواهد بود. در حالی که اولین باکتری آینهای احتمالاً بسیار شکننده باشد و رشد و بقاء آن محدود باشد، اما میتواند در صورت وجود مواد مغذی مناسب، باقی بماند. در نهایت، ممکن است مانند یک گونه مهاجم عمل کند و اکوسیستمها را مختل کند، بدون شکارچیانی که آن را کنترل کنند.
رلمان گفت که باکتریهای آینهای میتوانند قسمتهای حیاتی سیستمهای ایمنی گیاهان، حیوانات و انسانها را دور زده و تشخیص یا کشتن آنها را دشوار کند.
یک باکتری آینهای در داخل انسان میتواند فرضیاً تا سطح بسیار بالا تکثیر یابد و باعث شود میزبانش چیزی شبیه شوک سپتیک را تجربه کند. تدابیر پزشکی احتمالی — از جمله بیشتر آنتیبیوتیکها — چیرال هستند، به این معنی که احتمالاً در مقابل باکتریهای آینهای اثر نخواهند داشت، هرچند ممکن است نسخههای آینهای آنتیبیوتیکها تولید شوند.
در حالی که اقدامات بیوپایینی، مانند آنهایی که دانشمندان برای کار با پاتوژنهای خطرناک استفاده میکنند، میتواند به طور نظری جلوی خروج باکتریهای آینهای از آزمایشگاه را بگیرد، این اقدامات در معرض خطاهای انسانی یا سوءاستفاده عمدی قرار دارند.
در حالی که چنین سناریوی آخرالزمانی کاملاً قطعی نیست و خطرات زندگی آینهای که هنوز وجود ندارد، بسیار نامشخص است، هیچکس نتوانسته است کاملاً این خطرات را رد کند.
آدامالا گفت: «در ابتدا، مردم سوال میکردند که آیا این نگرانیها واقعاً به اندازهای جدی هستند که تصور میکردیم. و بنابراین، ما در تلاش بودیم شکافهایی در آن ایجاد کنیم، سعی میکردیم راههایی پیدا کنیم که در آنها اشتباه میکردیم.» او افزود: «هر چه بیشتر بررسی میکردیم، مطمئنتر میشدیم و افراد بیشتری به این ایده میپیوستند که در واقع هیچ راه مطمئنی برای ساختن یک سلول آینهای وجود ندارد.»
رلمان زندگی آینهای را به عنوان اولین خطر وجودی محتمل که در طول دوران حرفهای طولانیش با آن مواجه شده است، توصیف کرد؛ خطراتی که شامل بررسی نامههای مرگبار آنثرا در سال ۲۰۰۱ و سندروم هاوانا، یک بیماری مرموز سلامت، است که بر جاسوسان، سربازان و دیپلماتها در سراسر جهان تأثیر گذاشته است.
برای گلس، خط قرمز واضح این است که دانشمندان از ساخت ريبوزوم آینهای، یک ماشین زیستی یافتشده در سیتوپلاسم سلول که پروتئینها را تولید میکند، خودداری کنند. در حالی که این پیشرفت هنوز تا ساخت یک سلول آینهای فاصله دارد، او گفت اگر خط را در آخرین مرحله بکشید — یعنی ساخت غشای آینهای و سپس مونتاژ تمام قطعات تشکیلدهنده — دیگر خیلی دیر شده است.
اما کای در دانشگاه یوتا نظر متفاوتی دارد. آزمایشگاه او بر بهبود سنتز شیمیایی پروتئینهای آینهای تمرکز دارد، فرآیندی که در حال حاضر بسیار ناکارآمد است. به عنوان جایگزین، او علاقهمند است به ساخت ريبوزوم تصویر آینهای فکر کند.
«ایده این است که اگر بتوانیم ريبوزوم آینهای بسازیم، میتوانیم از آن برای تولید این محصولات با کیفیت بسیار بالاتر، پروتئینهای بسیار بلندتر، به روشی که ممکن است با استفاده دارویی سازگار باشد، استفاده کنیم،» کای توضیح داد.
«اما نگرانی وجود دارد، در این گروه — و من در حال حاضر تصمیمگیری نکردهام — که داشتن آن ابزار چقدر ارزشمند باشد که توسعه زندگی آینهای حتمی یا خیلی آسان برای دیگران باشد،» او افزود.
محدودیت علمی
آدامالا، همراه با همکارانش، تصمیم گرفت مجوز پژوهشی خود را تمدید نکند، و کار آزمایشگاه خود در زمینه سلولهای آینهای را پایان دهد. او در عوض بر بحثهایی تمرکز دارد که چگونه میتوان تحقیقات زندگی آینهای را تنظیم کرد.
به بهترین دانش خودش، او گفت، هیچ دانشمندی به دنبال ایجاد یک سلول آینهای نیست. در فوریه ۲۰۲۵، نزدیک به ۱۰۰ محقق، تامینکنندهها و سیاستگذاران نامهای امضا کردند و استدلال کردند که «زندگی آینهای نباید ساخته شود مگر اینکه تحقیقات آینده به طور قانعکنندهای نشان دهد که این کار خطرات شدیدی ایجاد نمیکند.»
در نهایت، امضاها و خودمحدودسازی ممکن است کافی نباشد. آدامالا، گلس و رلمَن همگی گفتند امیدوارند گفتوگوهایشان منجر به محدودیتها یا سیاستهای رسمیتر در سطح بینالمللی یا ملی شود.
از نشست منچستر نتیجه قطعی به دست نیامد، و بحثهای مرتبط در کارگاه سپتامبر که توسط کمیته دائمی آکادمی ملی علوم، مهندسی و پزشکی در مورد پیشرفتها و پیامدهای امنیت ملی زیستفناوری میانرشتهای برگزار شد، ادامه یافت.
«تقریباً همه موافقند که نباید یک سلول زنده آینهای بسازیم. این خط پایه است، اما پایینتر از آن، افراد نظرات مختلفی درباره محل توقف تحقیقات دارند،» آدامالا گفت. «در حال حاضر، جامعه علمی واقعاً نمیتواند بر خطوط قرمز توافق کند.»
رلمَن گفت هدف این است که تلاشهای پیشگیرانه گروه نه تنها سیاره را از سناریوی پایان دنیا محافظت کند، بلکه میتواند به بازسازی اعتماد از دست رفته دانشمندان با عموم در سالهای اخیر کمک کند.
«آیا عالی نمیشد اگر بتوانیم دکتر ایان مالکوم از «پارک ژوراسیک» باشیم؟» او گفت، به اشاره به ریاضیدان خیالی بازیگر جف گلدبلوم در فیلم سال ۱۹۹۳، که دیگر شخصیتها را از خطرات بالقوه جاهطلبی علمی بیپروایان هشدار میدهد. «ما دانشمندان … در مورد اینکه باید انجام دهیم فکر میکنیم، نه اینکه بتوانیم.»
