2017. gada novembrī britu interneta izdevums The Independent publicēja rakstu par ASV Aizsardzības departamenta Uzlaboto pētījumu projektu aģentūras (DARPA) jauno sintētiskās bioloģijas programmu Advanced Plant Technologies (APT). Militārais departaments plāno izveidot ģenētiski modificētas aļģes, kas var darboties kā pašpietiekami sensori, lai savāktu informāciju apstākļos, kad tradicionālo tehnoloģiju izmantošana nav iespējama. Cik tas ir reāli un kā tas apdraud cilvēci?
Tiek pieņemts, ka augu dabiskās iespējas var izmantot, lai noteiktu attiecīgās ķīmiskās vielas, kaitīgos mikroorganismus, starojumu un elektromagnētiskos signālus. Tajā pašā laikā, mainot genomu, militāristi varēs kontrolēt vides stāvokli un ne tikai. Tas, savukārt, ļaus attālināti uzraudzīt augu reakciju, izmantojot esošos tehniskos līdzekļus.
Paklausīgi vīrusi
Saskaņā ar APT programmu menedžera Bleika Bekstina teikto, DARPA mērķis šajā gadījumā ir izstrādāt efektīvu atkārtoti lietojamu sistēmu dažādu bioloģisko platformu projektēšanai, tiešai izveidei un testēšanai ar ļoti pielāgojamām iespējām, kuras var piemērot visdažādākajiem scenārijiem.
Pateiksim cieņu amerikāņu zinātniekiem un ASV militārajam departamentam, kas aktīvi veicina sintētiskās bioloģijas attīstību. Vienlaikus mēs atzīmējam, ka pēdējo gadu ievērojamais progress, kura paredzamo rezultātu mērķim jābūt cilvēces labā, ir radījis pilnīgi jaunu problēmu, kuras sekas ir neparedzamas un neparedzamas. Izrādās, ka ASV tagad ir tehniskas iespējas izstrādāt mākslīgus (sintētiskus) mikroorganismus, kuru dabiskos apstākļos nav. Tas nozīmē, ka mēs runājam par jaunas paaudzes bioloģiskajiem ieročiem (BW).
Ja atceraties, pagājušajā gadsimtā ASV intensīvi pētījumi par BW attīstību bija vērsti gan uz bīstamu infekcijas slimību izraisītāju celmu iegūšanu cilvēkiem ar izmainītām īpašībām (īpašas imunitātes pārvarēšana, poliantibiotiku rezistence, palielināta patogenitāte), gan uz attīstību to identificēšanas un aizsardzības līdzekļus. Rezultātā ir uzlabotas ģenētiski modificētu mikroorganismu indikācijas un identificēšanas metodes. Ir izstrādātas dabisko un modificēto baktēriju formu izraisītu infekciju profilakses un ārstēšanas shēmas.
Pirmie eksperimenti par rekombinantās DNS metožu un tehnoloģiju izmantošanu tika veikti 70. gados, un tie tika veltīti dabisko celmu ģenētiskā koda modificēšanai, iekļaujot to genomā atsevišķus gēnus, kas varētu mainīt baktēriju īpašības. Tas pavēra zinātniekiem iespējas atrisināt tādas svarīgas problēmas kā biodegvielas, baktēriju elektrības, zāļu, diagnostikas zāļu un vairāku diagnostikas platformu, sintētisko vakcīnu uc ražošana. Šādu mērķu veiksmīgas īstenošanas piemērs ir baktērijas izveide kas satur rekombinanto DNS un ražo sintētisku insulīnu …
Bet ir arī otra puse.2002. gadā mākslīgi tika sintezēti dzīvotspējīgi poliovīrusi, ieskaitot tos, kas līdzīgi Spānijas gripas patogēnam, kas 1918. gadā prasīja desmitiem miljonu dzīvību. Lai gan tiek mēģināts izveidot efektīvas vakcīnas, pamatojoties uz šādiem mākslīgiem celmiem.
2007. gadā J. Kreiga Ventera pētniecības institūta (JCVI, ASV) zinātnieki pirmo reizi spēja pārnest visu vienas baktēriju sugas (Mycoplasma mycoides) genomu uz citu (Mycoplasma capricolum) un pierādīja jauna mikroorganisma dzīvotspēju.. Lai noteiktu šādu baktēriju sintētisko izcelsmi, to genomā parasti tiek ievietoti marķieri, tā sauktās ūdenszīmes.
Sintētiskā bioloģija ir intensīvi attīstoša joma, kas ir kvalitatīvi jauns solis gēnu inženierijas attīstībā. No vairāku gēnu pārnešanas starp organismiem līdz unikālu bioloģisku sistēmu projektēšanai un konstruēšanai, kas dabā nepastāv ar "ieprogrammētām" funkcijām un īpašībām. Turklāt genoma sekvencēšana un dažādu mikroorganismu pilnīgu genomu datu bāzu izveide ļaus laboratorijā izstrādāt modernas stratēģijas jebkura mikroba DNS sintēzei.
Kā zināms, DNS sastāv no četrām bāzēm, kuru secība un sastāvs nosaka dzīvo organismu bioloģiskās īpašības. Mūsdienu zinātne ļauj sintētiskajā genomā ieviest "nedabiskas" bāzes, kuru darbību šūnā ir ļoti grūti ieprogrammēt iepriekš. Un šādi eksperimenti ar "ievietošanu" nezināmu DNS sekvenču ar nezināmām funkcijām mākslīgajā genomā jau tiek veikti ārzemēs. ASV, Lielbritānijā un Japānā ir izveidoti daudznozaru centri, kas nodarbojas ar sintētisko bioloģiju, tur strādā dažādu specialitāšu pētnieki.
Tajā pašā laikā ir acīmredzams, ka, izmantojot modernas metodikas, palielinās cilvēcei nezināmu bioloģisko ieroču himērisko aģentu "nejaušas" vai apzinātas ražošanas iespējamība ar pilnīgi jaunu patogenitātes faktoru kopumu. Šajā sakarā rodas svarīgs aspekts - šādu pētījumu bioloģiskās drošības nodrošināšana. Pēc vairāku speciālistu domām, sintētiskā bioloģija pieder pie darbības jomas ar augstu risku, kas saistīts ar jaunu dzīvotspējīgu mikroorganismu veidošanos. Nevar izslēgt, ka laboratorijā radītās dzīvības formas var izbēgt no mēģenes, pārvērsties bioloģiskajos ieročos, un tas apdraudēs esošo dabas daudzveidību.
Īpaša uzmanība jāpievērš faktam, ka diemžēl publikācijās par sintētisko bioloģiju nav atspoguļota vēl viena svarīga problēma, proti, mākslīgi izveidotā baktēriju genoma stabilitātes saglabāšana. Mikrobiologi labi apzinās spontānu mutāciju parādību, ko izraisa gēnu maiņa vai zudums (dzēšana) baktēriju un vīrusu genomā, kā rezultātā mainās šūnas īpašības. Tomēr dabiskos apstākļos šādu mutāciju rašanās biežums ir zems, un mikroorganismu genomu raksturo relatīvā stabilitāte.
Evolūcijas process tūkstošiem gadu ir veidojis mikrobu pasaules daudzveidību. Mūsdienās visa ģimeņu, ģinšu un baktēriju un vīrusu sugu klasifikācija balstās uz ģenētisko secību stabilitāti, kas ļauj tās identificēt un nosaka specifiskas bioloģiskās īpašības. Tie bija sākumpunkts tādu modernu diagnostikas metožu radīšanai kā mikroorganismu olbaltumvielu vai taukskābju profilu noteikšana, izmantojot MALDI-ToF masas spektrometriju vai hromo masas spektrometriju, katram mikrobam raksturīgo DNS sekvenču noteikšana, izmantojot PCR analīzi utt. Tajā pašā laikā "himērisko" mikrobu sintētiskā genoma stabilitāte pašlaik nav zināma, un nav iespējams paredzēt, cik daudz mēs spējām "maldināt" dabu un evolūciju. Tāpēc ir ļoti grūti paredzēt sekas, ko rada nejauša vai apzināta šādu mākslīgo mikroorganismu iekļūšana ārpus laboratorijas. Pat ar radītā mikroba "nekaitīgumu", tā nokļūšana "gaismā" ar apstākļiem, kas ir pilnīgi atšķirīgi no laboratorijas, var izraisīt paaugstinātu mainīgumu un jaunu variantu veidošanos ar nezināmām, iespējams, agresīvām īpašībām. Spilgts šīs nostājas ilustrācija ir mākslīgās baktērijas cynthia radīšana.
Nāve uz pudeles
Sintija (Mycoplasma laboratorium) ir no laboratorijas iegūts mikoplazmas sintētiskais celms. Tas spēj patstāvīgi vairoties, un saskaņā ar ārvalstu plašsaziņas līdzekļu ziņojumiem tas bija paredzēts, lai novērstu naftas katastrofas sekas Meksikas līča ūdeņos, absorbējot piesārņojumu.
2011. gadā okeānos tika palaistas baktērijas, lai iznīcinātu naftas noplūdes, kas apdraud Zemes ekoloģiju. Šis izsitumi un slikti aprēķinātais lēmums drīz vien pārvērtās par briesmīgām sekām - mikroorganismi izkļuva no kontroles. Tika ziņots par briesmīgu slimību, ko žurnālisti nosauca par zilo mēri un izraisīja faunas izzušanu Meksikas līcī. Tajā pašā laikā visas publikācijas, kas izraisīja paniku iedzīvotāju vidū, pieder pie periodikas, savukārt zinātniskās publikācijas dod priekšroku klusēšanai. Pašlaik nav tiešu zinātnisku pierādījumu (vai tie ir apzināti slēpti), ka nezināmo letālo slimību izraisījusi Sintija. Tomēr nav dūmu bez uguns, tāpēc Meksikas līča ekoloģiskās katastrofas versijas prasa rūpīgu uzmanību un izpēti.
Tiek pieņemts, ka naftas produktu absorbcijas procesā sintija ir mainījusies un paplašinājusi uztura prasības, iekļaujot dzīvnieku uzturā "diētu". Nokļūstot mikroskopiskās brūcēs uz zivju un citu jūras dzīvnieku ķermeņa, tas ar asinsriti izplatās uz visiem orgāniem un sistēmām, burtiski īsā laikā sabojājot visu savā ceļā. Tikai dažu dienu laikā roņu āda ir pārklāta ar čūlām, pastāvīgi asiņo un pēc tam pilnīgi sapuvusi. Diemžēl ir bijuši ziņojumi par letāliem slimības gadījumiem (ar tādu pašu simptomu kompleksu) un cilvēkiem, kuri peldas Meksikas līcī.
Būtisks ir fakts, ka sintezes gadījumā slimību nevar ārstēt ar zināmām antibiotikām, jo papildus "ūdenszīmēm" baktēriju genomā tika ievadīti gēni rezistencei pret antibakteriālām zālēm. Pēdējais rada jautājumus un pārsteidz. Kāpēc sākotnējam saprofītiskajam mikrobam, kas nespēj izraisīt cilvēku un dzīvnieku slimības, nepieciešami gēni pret antibiotikām?
Šajā sakarā šīs infekcijas ierēdņu un autoru klusēšana izskatās vismaz dīvaini. Pēc dažu ekspertu domām, valdības līmenī tiek slēpts patiesais traģēdijas mērogs. Tiek arī ierosināts, ka sintētikas izmantošanas gadījumā mēs runājam par plaša spektra bakterioloģisko ieroču izmantošanu, kas rada starpkontinentālās epidēmijas rašanās draudus. Tajā pašā laikā, lai kliedētu paniku un baumas, ASV rīcībā ir viss mūsdienu mikroorganismu identificēšanas metožu arsenāls, un nav grūti noteikt šīs nezināmās infekcijas etioloģisko izraisītāju. Protams, nevar izslēgt, ka tas ir eļļas tiešas ietekmes uz dzīvu organismu rezultāts, lai gan slimības simptomi vairāk norāda uz tās infekciozo raksturu. Tomēr jautājums, mēs atkārtojam, prasa skaidrību.
Dabiskas bažas par daudzu Krievijas un ārvalstu zinātnieku nekontrolētiem pētījumiem. Lai samazinātu risku, tiek piedāvāti vairāki virzieni - personiskās atbildības ieviešana par norisēm ar neprogrammējamiem rezultātiem, zinātniskās prasmes palielināšana profesionālās apmācības līmenī un plaša sabiedrības informētība par sintētiskās bioloģijas sasniegumiem, izmantojot plašsaziņas līdzekļus. Bet vai sabiedrība ir gatava ievērot šos noteikumus? Piemēram, Sibīrijas mēra sporu izņemšana no ASV laboratorijas un to nosūtīšana aploksnēs rada šaubas par kontroles efektivitāti. Turklāt, ņemot vērā mūsdienu iespējas, tiek atvieglota baktēriju ģenētisko secību datu bāzu pieejamība, ieskaitot īpaši bīstamu infekciju izraisītājus, DNS sintēzes metodes, mākslīgo mikrobu radīšanas metodes. Nav iespējams izslēgt hakeru neatļautas piekļuves iegūšanu šai informācijai, vēlāk to pārdodot ieinteresētajām personām.
Kā liecina Sintijas "palaišanas" dabiskajos apstākļos pieredze, visi piedāvātie pasākumi ir neefektīvi un negarantē vides bioloģisko drošību. Turklāt nevar izslēgt, ka mākslīgā mikroorganisma ienākšana dabā var radīt ilgtermiņa ekoloģiskas sekas.
Ierosinātie kontroles pasākumi - plašsaziņas līdzekļu izpratne un pētnieku paaugstināta ētiskā atbildība par mākslīgu mikroorganismu formu radīšanu - vēl nav iepriecinoši. Visefektīvākais ir sintētisko dzīvības formu bioloģiskās drošības tiesiskais regulējums un to uzraudzības sistēma starptautiskā un valsts līmenī saskaņā ar jauno riska novērtēšanas sistēmu, kurā jāiekļauj visaptverošs, uz pierādījumiem balstīts pētījums par sekām sintētiskās bioloģijas joma. Iespējamais risinājums varētu būt arī starptautiskas ekspertu padomes izveide, lai novērtētu tās produktu lietošanas riskus.
Analīze rāda, ka zinātne ir sasniegusi pilnīgi jaunas robežas un radījusi negaidītas problēmas. Līdz šim bīstamo aģentu norādīšanas un identificēšanas shēmas bija vērstas uz to noteikšanu, pamatojoties uz specifisku antigēnu vai ģenētisko marķieru identificēšanu. Bet, veidojot himēriskus mikroorganismus ar dažādiem patogenitātes faktoriem, šīs pieejas ir neefektīvas.
Turklāt pašlaik izstrādātās shēmas īpašai un ārkārtas profilaksei, bīstamu infekciju etiotropiskajai terapijai var izrādīties arī bezjēdzīgas, jo tās tiek aprēķinātas, pat ja tiek izmantotas modificētas iespējas, zināmam patogēnam.
Cilvēce neapzināti ir nonākusi bioloģiskā kara ceļā ar nezināmām sekām. Šajā karā var nebūt uzvarētāju.
