Странные существа из Зазеркалья (8 фото)
Природа демонстрирует нам удивительное постоянство. Ракушки обыкновенных улиток-прудовиков всегда закручены строго по часовой стрелке, а если происходит мутация, вызывающая закрут в обратную сторону, то моллюск развивается полностью "зеркально", с противоположно расположенными внутренними органами.
Биологи несколько раз смогли создать пару из зеркальных улиток, то есть в теории это может привести к выведению нового "зеркального" вида.
Также, аминокислоты, из которых состоят белки и входящие в состав нуклеиновых кислот сахара (рибоза и дезоксирибоза) тоже могут быть лево- или правосторонними. Они одинаковы по составу, но отличаются по структуре.
Их можно различить, если пропустить через поляризованный свет, чьи волны колеблются на одной плоскости. Одна структура повернут плоскость по часовой стрелке, а другая - против. И называют их соответсвующе: правовращающими (+ или D) и левовращающими (- или L) оптическими изомерами.
Нет реакции, которая помогла бы получить только L- или D-аминокислоты, в пробирке они получаются в равной смеси. Также их нельзя разделить по температуре кипения или плотности, но живые организмы показывают интересную избирательность. Все мы - от мельчайших бактерий до крупных государственных деятелей - используем белки, состоящие только из L-аминокислот, а также ДНК и РНК, включающие только D-сахара. Исключения бывали, но это единичные случаи.
Некоторые бактерии используют D-аминокислоты для синтеза антибиотиков и борьбы с конкурентами. Пара D-аминокислот синтезируется и в организмах млекопитающих, играя роль медиаторов нервной системы. Но все это - капля в зеркальном море жизни.
Строгое следование L-аминокислотам и D-сахарам очевидно уходит в прошлое, буквально до последнего всеобщего предка, жившего больше 3,5 млрд лет назад. Но неизвестно, случайность это или нет. Возможно жизнь даже способна быть "универсальной", но наша очень избирательна. Это позволяет датировать древние останки: со временем L-изомеры спонтанно переходят в D-форму, пока их отношение не станет равным. Скорость этого процесса известна, и по количеству D-аминокислот можно выяснить время смерти образца.
Первым о возможности существования "зеркальной" жизни говорил еще Луи Пастер. В теории , биохимия таких организмов будет практически полностью не совместима с нашей. Ферменты их не смогут использовать те же самые субстраты, что и мы. Ну как зеркальный ключ, что не подойдет к тому же замку. Для биотехнологии эти бактерии просто находка. Синтезировать многие нужные молекулы способны и они, но "противоположную" культуру не поразит ни один вирус.
А ведь вирусная угроза висит над такими производителями постоянно: например, можно вспомнить, эпидемию, которая несколько лет назад привела к закрытию производственных линий компаний Genzyme и, как следствие, к многомиллионным убыткам.
Ученые с интересом преследуют "зеркальную жизнь". Их изучение дало бы массу ценной информации. Можно было бы лучше понять, откуда взялась жизнь, как она развивалась и какой она может и не может быть на планете Земля и не только. Именно над этой темой работает Димитар Сасселов, известный американо-болгарский астрофизик, спец по экзопланетам. И еще работы ведет Гарвардский биолог Джордж Черч, который стал известен благодаря созданию полностью искусственных клеток.
Кстати, полностью синтетические белки, которые собрали из "зазеркальных" D-аминокислот, ученые получали еще в 90-е. Именно такая вирусная протеаза ВИЧ-1 была испытана и показала избирательность к своим "зазеркальным" молекулам. Но план Чёрча и Сасселова идет дальше, ведь еще в 2009 году Черч синтезировал "с нуля" работающие рибосомы. С этой точки ученые двигаются в "зазеркалье".
Ожидается, что благодаря компьютерному моделирования получится подобрать такую конфигурацию работы рибосомы, что она сможет работать с D-аминокислотами, соединяя их в цепочки белков. А еще, синтетические клетки, полученные Чёрчем, включают набор-минимум из примерно 150 генов.
Такие РНК - уже в "зеркальной" форме – и можно предоставить для рибосомы в качестве исходных матриц для получения всех ключевых "зеркальных" белков. Такую биохимическую машинерию останется лишь заключить в оболочку, получив первого представителя "с той стороны" (благо, липиды клеточных мембран не обладают изомерией и останутся теми же, что и у нас).
Но новостей по этим работам нет и давно. Зато была громкая заявка от китайских биологов. В 2016 г. команде Тин Чжу и его коллеги из Университета Циньхуа сумели получить из D-аминокислот важный фермент – полимеразу, которая способна производить «зеркальные» молекулы РНК, используя матрицы "зеркальных" ДНК и нужные компоненты, включая L-рибозу. Это позволит обеспечить искусственные рибосомы всем необходим для работы и массового синтеза белков "обратной жизни".
А ведь эти работы не столь невинны, как кажется на первый взгляд. Неизвестна потенциальная токсичность всей массы "зеркальных" молекул, которые будут производить такие организмы. Например, очень показательна была история талидомида. Этот препарат широко применялся в США, в качестве снотворного в 50-х и 60-х годах. Но обнаружился опасный эффект из-за которого тысячи детей рождались с тяжелыми врожденными дефектами. Исследования показали, что основную опасность имел лишь один из изомеров этой молекулы, которая способна существовать в виде двух альтернативных структур.
Есть еще одна опасность, которая не так бросается в глаза. "Зеркальные" бактерии не могут быть патогенами обычных организмов. Но и они сами оказываются неуязвимы для обычных опасностей и инфекций. То есть, если представить, что такая клетка, которая способна к фотосинтезу оказалась в природе. Она недоступна для вирусов, бесполезна для хищников, то есть будет иметь колоссальное преимущество перед обычными земными аналогами, конкурируя с ними за множество ресурсов - минералы, свет, вода.
Достаточно лишь одной капли суспензии "зеркальных" цианобактерий, чтобы они со временем захватили Мировой океан, вытеснив его современных обитателей, нарушив все пищевые цепочки.
Всеобщий холод и глобальное потепление - это лишь некоторые из возможны последствий.