W listopadzie 2017 r. brytyjska publikacja internetowa The Independent opublikowała artykuł na temat nowego programu biologii syntetycznej Agencji Zaawansowanych Projektów Badawczych Departamentu Obrony USA (DARPA), Advanced Plant Technologies (APT). Departament wojskowy planuje stworzenie genetycznie modyfikowanych alg, które mogą pełnić funkcję samopodtrzymujących się czujników do zbierania informacji w warunkach, w których użycie tradycyjnych technologii jest niemożliwe. Na ile jest to realistyczne i jak zagraża ludzkości?
Zakłada się, że naturalne zdolności roślin można wykorzystać do wykrywania odpowiednich substancji chemicznych, szkodliwych mikroorganizmów, promieniowania i sygnałów elektromagnetycznych. Jednocześnie zmiana ich genomu pozwoli wojsku kontrolować stan środowiska i nie tylko. To z kolei umożliwi zdalne monitorowanie reakcji zakładów przy wykorzystaniu istniejących środków technicznych.
Posłuszne wirusy
Według Blake'a Bextine, menedżera programu APT, celem DARPA w tym przypadku jest opracowanie wydajnego systemu wielokrotnego użytku do projektowania, bezpośredniego tworzenia i testowania różnych platform biologicznych o wysoce elastycznych możliwościach, które można zastosować w szerokim zakresie scenariuszy.
Złóżmy hołd amerykańskim naukowcom i amerykańskiemu departamentowi wojskowemu, który aktywnie promuje rozwój biologii syntetycznej. Jednocześnie zauważamy, że znaczny postęp ostatnich lat, którego oczekiwane rezultaty powinny być ukierunkowane na dobro ludzkości, stworzył zupełnie nowy problem, którego konsekwencje są nieprzewidywalne i nieprzewidywalne. Okazuje się, że Stany Zjednoczone mają teraz techniczną możliwość projektowania sztucznych (syntetycznych) mikroorganizmów, których nie ma w naturalnych warunkach. Oznacza to, że mówimy o nowej generacji broni biologicznej (BW).
Przypomnijmy, że w ubiegłym stuleciu intensywne badania w USA nad rozwojem BW miały na celu zarówno uzyskanie szczepów czynników wywołujących groźne choroby zakaźne u ludzi o zmienionych właściwościach (przezwyciężenie odporności swoistej, oporność poliantybiotykowa, zwiększenie zjadliwości), jak i rozwój sposoby ich identyfikacji i środki ochrony. W efekcie udoskonalono metody oznaczania i identyfikacji mikroorganizmów genetycznie zmodyfikowanych. Opracowano schematy zapobiegania i leczenia infekcji wywołanych przez naturalne i zmodyfikowane formy bakterii.
Pierwsze eksperymenty z wykorzystaniem technik i technologii rekombinacji DNA przeprowadzono już w latach 70-tych i dotyczyły modyfikacji kodu genetycznego naturalnych szczepów poprzez włączenie do ich genomu pojedynczych genów, które mogłyby zmienić właściwości bakterii. Otworzyło to przed naukowcami możliwości rozwiązania tak ważnych problemów, jak produkcja biopaliw, elektryczność bakteryjna, leki, leki diagnostyczne i platformy multidiagnostyczne, szczepionki syntetyczne itp. Przykładem udanej realizacji takich celów jest stworzenie bakterii zawierające zrekombinowane DNA i produkujące syntetyczną insulinę …
Ale jest też druga strona. W 2002 r. sztucznie zsyntetyzowano żywotne wirusy polio, w tym te podobne do patogenu hiszpańskiej grypy, która w 1918 r. pochłonęła dziesiątki milionów istnień ludzkich. Chociaż podejmowane są próby stworzenia skutecznych szczepionek opartych na takich sztucznych szczepach.
W 2007 roku naukowcy z Instytutu Badawczego J. Craiga Ventera (JCVI, USA) po raz pierwszy byli w stanie przetransportować cały genom jednego gatunku bakterii (Mycoplasma mycoides) do innego (Mycoplasma capricolum) i udowodnili żywotność nowego drobnoustroju. Aby określić syntetyczne pochodzenie takich bakterii, do ich genomu zwykle wprowadza się markery, tzw. znaki wodne.
Biologia syntetyczna to intensywnie rozwijająca się dziedzina, stanowiąca jakościowo nowy krok w rozwoju inżynierii genetycznej. Od przenoszenia kilku genów między organizmami po projektowanie i konstruowanie unikalnych systemów biologicznych, które nie istnieją w naturze o „zaprogramowanych” funkcjach i właściwościach. Ponadto sekwencjonowanie genomowe i tworzenie baz danych kompletnych genomów różnych mikroorganizmów umożliwi opracowanie nowoczesnych strategii syntezy DNA dowolnego drobnoustroju w laboratorium.
Jak wiadomo, DNA składa się z czterech zasad, których sekwencja i skład determinują biologiczne właściwości organizmów żywych. Współczesna nauka pozwala na wprowadzenie do genomu syntetycznego „nienaturalnych” zasad, których funkcjonowanie w komórce jest bardzo trudne do zaprogramowania z góry. A takie eksperymenty z „wstawianiem” do sztucznego genomu nieznanych sekwencji DNA o nieznanych funkcjach są już przeprowadzane za granicą. W USA, Wielkiej Brytanii i Japonii powstały multidyscyplinarne ośrodki zajmujące się biologią syntetyczną, w których pracują badacze różnych specjalności.
Jednocześnie oczywiste jest, że zastosowanie nowoczesnych technik metodologicznych zwiększa prawdopodobieństwo „przypadkowej” lub celowej produkcji nieznanych ludzkości chimerycznych środków broni biologicznej z zupełnie nowym zestawem czynników chorobotwórczych. W związku z tym pojawia się ważny aspekt - zapewnienie bezpieczeństwa biologicznego takich badań. Według wielu specjalistów biologia syntetyczna należy do dziedziny działalności o wysokim ryzyku związanym z budową nowych żywotnych mikroorganizmów. Nie można wykluczyć, że wytworzone w laboratorium formy życia mogą uciec z probówki, zamienić się w broń biologiczną, a to zagrozi istniejącej różnorodności przyrodniczej.
Na szczególną uwagę zasługuje fakt, że niestety w publikacjach z zakresu biologii syntetycznej nie znalazł odzwierciedlenia inny ważny problem, a mianowicie zachowanie stabilności sztucznie wytworzonego genomu bakteryjnego. Mikrobiolodzy doskonale zdają sobie sprawę ze zjawiska spontanicznych mutacji na skutek zmiany lub utraty (delecji) genu w genomie bakterii i wirusów, które prowadzą do zmiany właściwości komórki. Jednak w warunkach naturalnych częstość występowania takich mutacji jest niska, a genom mikroorganizmów charakteryzuje się względną stabilnością.
Proces ewolucyjny ukształtował różnorodność świata drobnoustrojów przez tysiąclecia. Dziś cała klasyfikacja rodzin, rodzajów i gatunków bakterii i wirusów opiera się na stabilności sekwencji genetycznych, co pozwala na ich identyfikację i określa określone właściwości biologiczne. Były one punktem wyjścia do stworzenia takich nowoczesnych metod diagnostycznych jak oznaczanie profili białek lub kwasów tłuszczowych mikroorganizmów za pomocą spektrometrii masowej MALDI-ToF lub spektrometrii chromo-masowej, identyfikacja sekwencji DNA specyficznych dla każdego drobnoustroju za pomocą analizy PCR itp. Jednocześnie stabilność syntetycznego genomu „chimerycznych” drobnoustrojów jest obecnie nieznana i nie da się przewidzieć, na ile byliśmy w stanie „oszukać” naturę i ewolucję. Dlatego bardzo trudno jest przewidzieć konsekwencje przypadkowej lub celowej penetracji takich sztucznych mikroorganizmów poza laboratorium. Nawet przy „nieszkodliwości” wytworzonego drobnoustroju, jego uwolnienie „na światło” w warunkach zupełnie innych niż laboratoryjne może prowadzić do zwiększonej zmienności i powstania nowych wariantów o nieznanych, być może agresywnych właściwościach. Żywą ilustracją tego stanowiska jest stworzenie sztucznej bakterii cynthia.
Śmierć na butelce
Cynthia (odkrycie Mycoplasma laboratorium) to laboratoryjny syntetyczny szczep mykoplazmy. Jest zdolny do samodzielnej reprodukcji i miał, według doniesień zagranicznych mediów, eliminować skutki katastrofy naftowej na wodach Zatoki Meksykańskiej poprzez pochłanianie zanieczyszczeń.
W 2011 roku bakterie zostały wypuszczone do oceanów w celu zniszczenia wycieków ropy, które stanowią zagrożenie dla ekologii Ziemi. Ta pochopna i źle przemyślana decyzja szybko przerodziła się w tragiczne konsekwencje - mikroorganizmy wymknęły się spod kontroli. Pojawiły się doniesienia o straszliwej chorobie, nazywanej przez dziennikarzy niebieską zarazą i powodującej wyginięcie fauny w Zatoce Meksykańskiej. Jednocześnie wszystkie publikacje wywołujące panikę wśród ludności należą do czasopism, a publikacje naukowe wolą milczeć. Obecnie nie ma bezpośrednich dowodów naukowych (lub są one celowo ukrywane), że nieznana śmiertelna choroba jest spowodowana przez Cynthię. Jednak nie ma dymu bez ognia, dlatego podane wersje katastrofy ekologicznej w Zatoce Meksykańskiej wymagają szczególnej uwagi i badań.
Przyjmuje się, że cynthia w procesie wchłaniania produktów ropopochodnych zmieniła i rozszerzyła wymagania żywieniowe poprzez włączenie do „diety” białek zwierzęcych. Dostając się do mikroskopijnych ran na ciele ryb i innych zwierząt morskich, rozprzestrzenia się przez krwioobieg do wszystkich narządów i układów, dosłownie korodując wszystko na swojej drodze w krótkim czasie. W ciągu zaledwie kilku dni skóra fok pokryta jest wrzodami, stale krwawiącą, a następnie całkowicie zgniłą. Niestety, pojawiły się doniesienia o śmiertelnych przypadkach choroby (z tym samym zespołem objawów) i ludziach pływających w Zatoce Meksykańskiej.
Istotnym punktem jest fakt, że w przypadku synthii choroby nie można leczyć znanymi antybiotykami, ponieważ oprócz „znaków wodnych” do genomu bakterii wprowadzono geny oporności na leki przeciwbakteryjne. Ten ostatni rodzi pytania i niespodzianki. Dlaczego pierwotny mikrob saprofityczny, niezdolny do wywoływania chorób u ludzi i zwierząt, potrzebuje genów oporności na antybiotyki?
Pod tym względem milczenie urzędników i autorów tej infekcji wygląda co najmniej dziwnie. Według niektórych ekspertów, na szczeblu rządowym ukrywa się prawdziwą skalę tragedii. Sugeruje się również, że w przypadku użycia synthia mówimy o użyciu broni bakteriologicznej o szerokim spektrum działania, co stwarza zagrożenie wystąpienia epidemii międzykontynentalnej. Jednocześnie, aby rozwiać panikę i plotki, Stany Zjednoczone dysponują całym arsenałem nowoczesnych metod identyfikacji mikroorganizmów i nie jest trudno określić czynnik etiologiczny tej nieznanej infekcji. Oczywiście nie można wykluczyć, że jest to wynik bezpośredniego działania oleju na żywy organizm, choć objawy choroby bardziej wskazują na jej zakaźny charakter. Niemniej jednak, powtarzamy, pytanie wymaga jasności.
Naturalna troska o niekontrolowane badania wielu rosyjskich i zagranicznych naukowców. Aby zmniejszyć ryzyko, proponuje się kilka kierunków – wprowadzenie osobistej odpowiedzialności za zmiany o nieprogramowalnych skutkach, wzrost wiedzy naukowej na poziomie kształcenia zawodowego oraz szeroka świadomość społeczna osiągnięć biologii syntetycznej za pośrednictwem mediów. Ale czy społeczność jest gotowa przestrzegać tych zasad? Na przykład wyjęcie zarodników wąglika z laboratorium w USA i wysłanie ich w kopertach poddaje w wątpliwość skuteczność kontroli. Ponadto, biorąc pod uwagę współczesne możliwości, ułatwiona jest dostępność baz danych sekwencji genetycznych bakterii, w tym czynników wywołujących szczególnie groźne infekcje, technik syntezy DNA, metod tworzenia sztucznych drobnoustrojów. Nie można wykluczyć uzyskania nieautoryzowanego dostępu do tych informacji przez hakerów z późniejszą sprzedażą zainteresowanym stronom.
Jak pokazuje doświadczenie „wprowadzania” Cynthii do warunków naturalnych, wszystkie proponowane środki są nieskuteczne i nie gwarantują biologicznego bezpieczeństwa środowiska. Ponadto nie można wykluczyć długofalowych konsekwencji ekologicznych wprowadzenia sztucznego drobnoustroju do przyrody.
Proponowane środki kontroli – powszechna świadomość mediów i zwiększona etyczna odpowiedzialność badaczy w tworzeniu sztucznych form mikroorganizmów – nie są jeszcze zachęcające. Najskuteczniejsze jest prawne uregulowanie bezpieczeństwa biologicznego syntetycznych form życia oraz system ich monitorowania na poziomie międzynarodowym i krajowym zgodnie z nowym systemem oceny ryzyka, który powinien obejmować kompleksowe, oparte na dowodach eksperymentalnych badanie skutków w dziedzina biologii syntetycznej. Możliwym rozwiązaniem mogłoby być również utworzenie międzynarodowej rady ekspertów oceniającej ryzyko związane z używaniem jej produktów.
Analizy pokazują, że nauka osiągnęła zupełnie nowe granice i postawiła nieoczekiwane problemy. Do tej pory schematy wskazywania i identyfikacji niebezpiecznych czynników miały na celu ich wykrywanie w oparciu o identyfikację określonych markerów antygenowych lub genetycznych. Ale przy tworzeniu chimerycznych mikroorganizmów o różnych czynnikach patogenności te podejścia są nieskuteczne.
Co więcej, opracowywane obecnie schematy profilaktyki swoistej i doraźnej, etiotropowa terapia groźnych zakażeń również mogą okazać się bezużyteczne, gdyż są one kalkulowane, nawet w przypadku zastosowania zmodyfikowanych opcji, dla znanego patogenu.
Ludzkość nieświadomie wkroczyła na ścieżkę wojny biologicznej z nieznanymi konsekwencjami. W tej wojnie może nie być zwycięzców.
