'Spiegellevensvormen' klinken misschien als science fiction, maar wetenschappers waarschuwen dat ze dodelijk kunnen zijn voor de mens en het milieu kunnen vernietigen

Bacteriën die spiegelbeelden zijn van bestaande bacteriën kunnen ons immuunsysteem omzeilen en ernstige ziekten veroorzaken.

Als je in de spiegel kijkt, ben je in wezen de weerspiegeling van jezelf, maar met een perfecte omkering van al je gelaatstrekken. Dit illustreert een fenomeen dat we ook zien in de kleine wereld van moleculen.

Sommige moleculen bestaan als spiegelbeelden van zichzelf, bekend als "enantiomeren", die niet over elkaar heen kunnen worden gelegd. Dit concept staat bekend als chiraliteit, of 'handigheid'. Het is belangrijk omdat spiegelbeelden van dezelfde moleculen totaal verschillende effecten en functies kunnen hebben in de biologie.

In in het tijdschrift Science heeft een groep van veertig gerenommeerde wetenschappers gewaarschuwd dat het binnen de komende tien jaar mogelijk zou kunnen zijn om volledige levensvormen in spiegelbeeld te creëren die uit deze enantiomeren bestaan – met name microbieel leven zoals als bacteriën. Dit brengt reële gevaren met zich mee, stellen zij.

‘Spiegelbacteriën’ zouden het immuunsysteem van mensen kunnen omzeilen, zo suggereren ze, en dodelijke infecties kunnen veroorzaken. Dergelijke infecties kunnen er ook toe leiden dat een aanzienlijk deel van de planten- en diersoorten verdringt, waardoor het milieu volledig wordt ontwricht.

Spiegelbeeldmoleculen zijn structureel identiek, net zoals uw linker- en rechterhand structureel identiek zijn en precies dezelfde functies kunnen vervullen. Deze moleculen hebben ook precies dezelfde chemische eigenschappen, maar om onbekende redenen heeft de natuur er de voorkeur aan om leven op te bouwen uit slechts één versie van dergelijke moleculen.

Aminozuren – de bouwstenen van eiwitten – zijn bijvoorbeeld linkshandig, terwijl suikers rechtshandig zijn. Het DNA-molecuul is een rechtsdraaiende schroefdraad.

Deze selectieve chiraliteit definieert hoe moleculen op elkaar inwerken in levende systemen. Het beïnvloedt hoe medicijnen en enzymen (biologische katalysatoren die reacties versnellen) in ons lichaam functioneren, en ook hoe we smaken en geuren waarnemen. Het molecuul carvon kan bijvoorbeeld naar groene munt of karwijzaad ruiken, afhankelijk van de "spiegelversie" van het molecuul waar je deze geur vandaan haalt.

Gerelateerd: Wetenschappers ontdekken een gebeurtenis die eens in de miljard jaar plaatsvindt: twee levensvormen die samensmelten om een nieuw celdeel te creëren

Andere spiegelmoleculen hebben veel diepgaandere implicaties. Het medicijn thalidomide bestaat in twee vormen. Eén daarvan is een krachtige behandeling tegen ochtendmisselijkheid; de spiegelversie veroorzaakt verwoestende geboorteafwijkingen.

Dit roept de vraag op: wat als we biologische moleculen zouden kunnen maken die aan de andere kant van de spiegel bestaan? De drijfveer achter dit onderzoek komt deels voort uit nieuwsgierigheid, maar heeft ook praktische toepassingen.

Medische behandelingen worden steeds vaker afgeleid van biologische moleculen zoals peptiden (kleine fragmenten van eiwitten), die kunnen worden gebruikt voor de behandeling van kanker. Maar ondanks hun effectiviteit hebben natuurlijke eiwitten en peptiden te maken met een aanzienlijke beperking: ze worden snel afgebroken in het lichaam.

Dit komt omdat de enzymen in ons lichaam, die zijn geëvolueerd om biologische moleculen af te breken voor recycling, zeer efficiënt zijn in het richten van natuurlijke peptiden. Deze kankerbehandelingen kunnen dus frequente doseringen vereisen om ervoor te zorgen dat ze werken.

Soortgelijke peptiden opgebouwd uit spiegelaminozuren zouden echter waarschijnlijk niet door deze afbraaksystemen worden herkend, maar zouden toch kunnen worden ontworpen om kanker te bestrijden. En het bouwen van deze biologische spiegelmoleculen is al haalbaar: we hebben reflecties gemaakt van DNA, volledig functionele 'spiegelenzymen', en meer.

De risico's van het spiegelleven

De potentiële voordelen van spiegelmoleculen zijn verleidelijk. De voor de hand liggende volgende stap zou zijn om volledige spiegelorganismen te creëren, volledig gemaakt van moleculen die de weerspiegeling zijn van natuurlijke versies.

Er zijn al onderzoeksgroepen die bezig zijn met het bouwen van bacteriën "vanaf de grond af". Met andere woorden, ze proberen biologische moleculen te synthetiseren en samen te voegen tot functionele cellen.

Hoewel het waarschijnlijk nog een decennium duurt om spiegelbacteriën van de grond af aan te maken, bestaan er nu al reële zorgen over waar dit onderzoek toe zou kunnen leiden. De veertig wetenschappers die in Science schrijven, vrezen dat spiegelleven, als het uit laboratoria zou ontsnappen (en er zijn talloze voorbeelden hiervan), verwoestende gevolgen zou kunnen hebben.

De meest directe zorg is dat spiegelbacteriën het immuunsysteem van mensen, dieren en planten kunnen omzeilen. Onze immuunafweer is afhankelijk van het herkennen van geconserveerde moleculaire patronen die voorkomen in natuurlijke ziekteverwekkers (een organisme of ander agens – zoals een virus – dat ziekten veroorzaakt), die allemaal zijn opgebouwd uit linkshandige aminozuren. Spiegelbacteriën zouden deze herkenbare patronen missen, waardoor ons immuunsysteem blind wordt voor hun aanwezigheid.

Spiegelbacteriën kunnen ecosystemen ook op onvoorspelbare manieren verstoren. Ze zouden bijvoorbeeld waarschijnlijk biologische controles zoals virale infecties en bacteriële antibiotica kunnen omzeilen, waardoor ze zich ongecontroleerd kunnen vermenigvuldigen.

Dit zou kunnen resulteren in invasieve populaties van spiegelbacteriën die inheemse soorten verdringen, voedselwebben verstoren en nutriëntencycli veranderen, wat mogelijk kan leiden tot opeenvolgende ecologische gevolgen.

De waarschuwing van de wetenschappers over leven in spiegels is treffend – deels omdat het in zo'n prestigieus academisch tijdschrift staat, maar ook omdat het wordt ondersteund door een rigoureuze technische analyse van 300 pagina's.

Hun grimmige boodschap, waarin de buitengewone risico's van spiegelorganismen worden benadrukt, klinkt misschien als de plot van een sciencefictionthriller, maar de zorgen zijn geworteld in geldige wetenschappelijke redeneringen.

Spiegelbacteriën vormen een unieke en ongekende uitdaging. Dit is echter geen crisis die zich morgen zal voltrekken. De technische barrières voor het creëren van volledig spiegelleven blijven aanzienlijk, waardoor de wereldgemeenschap ruimschoots de tijd heeft om na te denken over haar reactie. En de wetenschappers erkennen ook dat ze, afgezien van onderzoek dat puur door nieuwsgierigheid wordt aangedreven, moeite hebben om een overtuigende rechtvaardiging te bedenken voor het ontwikkelen van volledige spiegelorganismen.

Door nu te handelen – door robuust bestuur, zorgvuldig toezicht en internationale samenwerking – kunnen we de ontwikkeling van spiegelbiomoleculen op verantwoorde wijze begeleiden, terwijl we ervoor zorgen dat de creatie van volledig spiegelleven wordt voorkomen – tenzij de risico’s ervan ondubbelzinnig worden begrepen en verzacht.

Dit bewerkte artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.