Химики придумали, как отличить «зеркальную жизнь» от обычной по свету
Доктор Льюис Маккензи предлагает сочетать несколько флуоресцентных зондов для надёжности
Химики из Шотландии и Англии придумали, как распознать «зеркальную жизнь» — пока гипотетические организмы из молекул-«отражений» земных. Метод построен на свете с левой и правой закруткой, который излучают специальные молекулы.
Над идеей работали исследователи из Стратклайдского университета (University of Strathclyde) и Даремского университета (Durham University). Сами авторы считают свой подход первым в своём роде. Сравнивая световые сигналы, учёные рассчитывают со временем отличать обычные организмы от зеркальных двойников.
Чем опасна зеркальная жизнь
Сегодня таких организмов не существует. Однако часть экспертов видит в их возможном создании серьёзный риск для биобезопасности: в земных экосистемах они могли бы вести себя непредсказуемо и обходить природную защиту людей, животных и растений.
Вероятность такого сценария невелика, но последствия могли бы быть настолько тяжёлыми, что искать способы обнаружения разумно заранее. Поэтому учёные советуют ограничить опыты, нацеленные на получение организмов, которые размножаются с помощью зеркальных биомолекул. Тема заинтересовала и официальные структуры: ею занимаются Правительственное управление науки Великобритании (UK Government Office for Science) и Научный консультативный совет генерального секретаря ООН.
Всё упирается в хиральность, или «рукость» молекул. Левая и правая ладони — зеркальные отражения, но совместить их нельзя. Так же и у молекул: бывают две формы с одинаковыми атомами, соединёнными в том же порядке, но с разным расположением в пространстве. Организм человека может отзываться на них по-разному: одна форма лекарства лечит, а зеркальная бесполезна или даже вредна.
Авторы подчёркивают: зеркальная жизнь остаётся полностью гипотетической, а метод задуман как мера предосторожности, а не реакция на реальную угрозу.
Как свет выдаёт «рукость»
За основу взята круговая поляризованная люминесценция (circularly polarized luminescence, CPL). Она помогает определить хиральность некоторых веществ и биологических структур. Поляризация света бывает разной, в том числе с вращением в противоположные стороны, и по таким картинам можно судить о том, как молекулы устроены в пространстве. Похожий принцип лежит в основе очков для 3D-кино, создающих эффект глубины.
Статья вышла в журнале Royal Society Open Science и называется «Circularly Polarized Luminescence (CPL) as a Contingency Assay for “Mirror Life” Bio-Hazards». Её возглавил доктор Льюис Маккензи (Lewis MacKenzie) с кафедры чистой и прикладной химии Стратклайдского университета, а соавтором стал профессор Роберт Пал (Robert Pal) из Дарема.
«Мы не ждём, что зеркальная жизнь возникнет завтра, но если это случится, последствия могут быть тяжёлыми, и разумно создать способы обнаружения заранее. Мы с профессором Палом занимались CPL-технологиями ещё до того, как эти опасения стали заметны, и защита от зеркальной жизни хорошо вписалась в нашу работу», — сказал Маккензи.
Молекулярный отпечаток и проверка без зеркальных организмов
Для поиска исследователи предлагают флуоресцентные зонды, которые цепляются к определённым структурам внутри клеток. Когда зонд связывается с мишенью, он даёт характерный CPL-сигнал. По нему видно, какая «рукость» у пробы — обычная земная или обратная. По сути, сигнал работает как молекулярный отпечаток.
Один зонд может подвести и дать ложный результат, поэтому команда советует комбинировать несколько зондов, рассчитанных на разные клеточные структуры. Совместный анализ сигналов, как надеются авторы, сделает метод надёжнее.
Есть и ещё один плюс: отрабатывать технику можно на обычных биологических образцах, без создания зеркальных организмов. Учёные считают, что со временем метод удастся встроить в разные приборы и проверять пробы в самых разных условиях. Профессор Пал уже показал лабораторные CPL-технологии на микроскопах, камерах и ридерах для клеточных планшетов — такими приборами обычно изучают сразу множество образцов.
При этом именно метод поиска зеркальной жизни на опыте пока не проверяли. Нужны новые исследования, чтобы понять, сможет ли он надёжно различать формы молекулярной «рукости» в биологических пробах.
«Обнаружение с помощью CPL основано на том же принципе, благодаря которому очки для 3D-кино дают стереоскопическое изображение, — добавил Пал. — Этот подход можно подстроить под разные системы для анализа клеток: ридеры для планшетов, микроскопы и камеры. Значит, нашу методику поиска зеркальной жизни можно применять в разных условиях в зависимости от задач пользователя».
Ранее физики из UEA выяснили, что свет с особой структурой сам формирует вращающиеся области при движении в пустом пространстве.
Между прочим. Саму «рукость» молекул обнаружил Пастер в 1848 году, когда рассматривал кристаллы, выпавшие из раствора тартрата натрия-аммония. В живой природе, за редкими исключениями, из двух зеркальных форм встречается лишь одна: белки собираются практически только из l-аминокислот, а ДНК и РНК — из d-углеводов. Почему так получилось и зачем это нужно, до конца не выяснено, и этот вопрос нередко увязывают с происхождением жизни.