Zrcadlový život - Mirror life - Wikipedia

Zrcadlový život (nazývaný také zrcadlový život, chirální život nebo enantiomerní život) je hypotetická forma života se zrcadlově odraženými molekulárními stavebními kameny.[1][2][3][4][5] Možnost zrcadlového života byla poprvé projednána Louis Pasteur.[6] Ačkoli tato alternativní forma života nebyla v přírodě objevena, již nyní probíhají snahy o vytvoření zrcadlové verze molekulárního aparátu biologie.[7]

Homochirality

Mnoho základních molekul pro život na Zemi může existovat ve dvou formách zrcadlového obrazu, označovaných jako „levák“ a „pravák“, ale živé organismy obě nepoužívají. Proteiny jsou složeny výhradně z leváků aminokyseliny; RNA a DNA obsahují pouze praváky cukry. Tento jev je znám jako homochirality.[8] Není známo, zda se homochiralita objevila před nebo po životě, zda stavební kameny života musí mít tuto konkrétní chirality, nebo zda život musí být homochirální.[9] Proteinové řetězce vytvořené z aminokyselin smíšené chirality nemají sklon skládat se nebo fungovat jako katalyzátory, ale byly vytvořeny proteiny zrcadlového obrazu, které fungují stejně, ale na substrátech opačné ruky.[8]

Koncept

Hypoteticky je možné znovu vytvořit celý ekosystém zdola nahoru, v chirální formě. Tímto způsobem by bylo možné vytvořit ekosystém Země bez mikrobiálních chorob. V daleké budoucnosti by mohl být zrcadlový život použit k vytvoření robustních, efektivních a bez chorob bezchybných ekosystémů pro použití na jiných planetách.[10]

Pokroky v syntetická biologie, jako syntetizovat viry od roku 2002, částečně syntetické bakterie v roce 2010, nebo syntetické ribozomy v roce 2013 to může vést k možnosti plně syntetizovat živou buňku z malých molekul, kde bychom mohli použít verze zrcadlového obrazu (enantiomery ) molekul stavebních bloků života, místo standardních. Některé proteiny byly syntetizovány ve verzích zrcadlového obrazu, včetně polymeráza v roce 2016.[11]

Rekonstrukce pravidelných forem života ve formě zrcadlového obrazu pomocí zrcadlového (chirálního) odrazu jejich buněčných složek by mohla být dosažena nahrazením levostranných aminokyselin pravostrannými, aby se vytvořily zrcadlové odrazy všech běžných proteinů. Analogicky bychom mohli získat odražené cukry, DNA atd., Na které by odražené enzymy perfektně fungovaly. Nakonec bychom získali normálně fungující zrcadlový odraz přírodního organismu - chirálního protějšku -, se kterým by přírodní viry a bakterie nemohly interagovat. Elektromagnetická síla (chemie) se při takové transformaci molekulárního odrazu nezmění (P-symetrie ). Při odrazu dochází k malé změně slabých interakcí, které mohou vést k velmi malým opravám, ale tyto opravy jsou o mnoho řádů nižší než tepelný šum - téměř jistě příliš malé na to, aby mohly změnit jakoukoli biochemii.[Citace je zapotřebí ] Existují však také teorie, že slabé interakce mohou mít větší účinek na delší nukleové kyseliny nebo proteinové řetězce, což vede k mnohem méně účinné přeměně zrcadlových ribozymů nebo enzymů než k normálním ribozymům nebo enzymům.[12]

Chirální zvířata by se musela krmit odraženou potravou produkovanou odraženými rostlinami. Velkou výhodou však je, že takové chirální organismy by si měly užít život bez chorob, zcela imunní vůči všem virům a mikrobům.

Viry by byly zcela nekompatibilní s odraženými buněčnými strukturami; a bakterie, prvoky a houby nemohly fungovat, protože by nebyly schopny najít normální cukry uvnitř odražených organismů. Reverzní cukry cirkulující v těle chirálního organismu by byly nestravitelné, pokud jde o normální bakterie, takže každá bakterie vstupující do chirálního organismu by jednoduše umřela hladem. Chirální prostředí je nepřátelské vůči běžným virům, prvokům, bakteriím atd.

Zrcadlový život představuje potenciální nebezpečí. Například verze chirálního zrcadla sinice, který potřebuje pouze achirální živiny a světlo fotosyntéza, mohl převzít ekosystém Země kvůli nedostatku přirozených nepřátel, narušovat dno potravinového řetězce produkcí zrcadlových verzí požadovaných cukrů. Některé bakterie mohou trávit L-glukóza; takové výjimky by poskytly některým vzácným formám života neočekávanou výhodu.

Přímé aplikace

Přímou aplikací zrcadlově chirálních organismů může být hromadná výroba enantiomery (zrcadlový obraz) molekul produkovaných normálním životem.

  • Enantiopure léky - některá léčiva mají různou aktivitu v závislosti na enantiomerní formě,
  • Aptamery (L- aptameryribonukleové kyseliny ): "Díky tomu je biochemie se zrcadlovým obrazem potenciálně lukrativním obchodem. Jedna společnost, která v to doufá, je." Noxxon Pharma v Berlíně. Využívá pracnou chemickou syntézu k vytváření zrcadlových obrazů forem krátkých řetězců DNA nebo RNA nazývaných aptamery, které se vážou na terapeutické cíle, jako jsou proteiny v těle, a blokují tak jejich aktivitu. Firma má několik kandidátů na zrcadlo-aptamer v lidských studiích na nemoci včetně rakoviny; myšlenka je, že jejich účinnost může být zlepšena, protože nejsou degradovány tělními enzymy. Proces replikace zrcadlového obrazu DNA by mohl nabídnout mnohem jednodušší cestu k výrobě aptamerů, říká Sven Klussmann, hlavní vědecký pracovník společnosti Noxxon Pharma. “[13]
  • L-glukóza enantiomer standardu glukóza, u kterých testy ukázaly, že chutná jako standardní cukr, ale není metabolizován stejným způsobem. Nikdy však nebyl uveden na trh kvůli nadměrným výrobním nákladům.[14] Novější výzkum umožňuje levnou produkci s vysokými výtěžky, avšak autoři uvádějí, že není použitelná jako sladidlo kvůli laxativním účinkům.[15]

V beletrii

Vytvoření jednoho chirálního člověka je základem příběhu Arthura C. Clarka z roku 1950 “Technická chyba ", The Collected Stories. V tomto příběhu fyzická nehoda transformuje člověka do jeho zrcadlového obrazu, spekulativně vysvětleného cestováním přes čtvrtou fyzickou dimenzi.

V románu z roku 1970Spock musí zemřít! „James Blish, vědecký důstojník USS Enterprise, je replikován v chirální formě nehodou transportérů. Zamkne se v nemocniční zátoce, kde je schopen syntetizovat chirální formy základních živin potřebných pro jeho přežití.

Mimozemšťan, který obrací chiralitu, a krevní symbiont, který funguje správně, pouze když je v jedné chirality, byly ústředním bodem románu Rogera Zelaznyho z roku 1976 Dveře v písku.

Na titulární planetě Sheri S. Tepper Román z roku 1989 Tráva, některé formy života se vyvinuly tak, aby používaly pravostranný izomer alanin.

V sci-fi románu 2014 Cibola Burn podle James S. A. Corey, planeta Ilus má domorodý život s částečně zrcadlenou chirality. To činí lidské kolonisty neschopnými strávit původní flóru a faunu a velmi komplikuje konvenční zemědělství. V důsledku toho se kolonisté musí spoléhat na hydroponické zemědělství a dovoz potravin.

V roce 2017 Daniel Suarez román "Agent změny", antagonista Otto, přezdívaný "Mirror Man", je odhalen jako geneticky upravený enantiomerní člověk. S pohrdáním pohlíží na ostatní lidi a způsobí, že jeho přítomnost pocítí nevysvětlitelný odpor.

Viz také

Reference

  1. ^ Singer, Emily (26. listopadu 2014). „Nový příběh nalezený v příběhu o začátku života“. Časopis Quanta. Citováno 8. května 2018.
  2. ^ Markus, Schmidt (2010). „Xenobiologie: nová forma života jako vrcholný nástroj biologické bezpečnosti“. BioEssays. 32 (4): 322–331. doi:10.1002 / bies.200900147. PMC  2909387. PMID  20217844.
  3. ^ Church, George M. (2014). Regeneze, jak syntetická biologie znovuobjeví přírodu i nás samotných. New York: Základní knihy. ISBN  9780465038657.
  4. ^ Sawyer, Eric (11. ledna 2013). „Jediná populární kniha syntetické biologie“. Upravitelné. Přírodní výchova. Citováno 8. května 2018.
  5. ^ Acevedo-Rocha, Carlos G. (2015). "Syntetická podstata biologie". V Hagenu, Kristin; Engelhard, Margret; Toepfer, Georg (eds.). Ambivalence stvoření života: Společenské a filozofické dimenze syntetické biologie. Springer. str. 9–54. ISBN  978-3-319-21088-9.
  6. ^ Siegel, J.S. (1992-11-20). "Levoruké komentáře". Věda. 258 (5086): 1290. Bibcode:1992Sci ... 258.1289B. doi:10.1126 / science.1455216. ISSN  0036-8075. PMID  1455218.
  7. ^ Peplow, Mark (2018-07-25). „Konverzace s Ting Zhu“. ACS Central Science. 4 (7): 783–784. doi:10.1021 / acscentsci.8b00432. ISSN  2374-7943. PMC  6062833. PMID  30062104.
  8. ^ A b Plaxco, Kevin W .; Michael, Michael (2011). Astrobiologie: Stručný úvod. JHU Stiskněte. str. 140–141. ISBN  978-1-4214-0194-2.
  9. ^ Sedbrook, Danielle (28. července 2016). „Musí být molekuly života vždy levou nebo pravou rukou?“. Smithsonian.com. Citováno 8. května 2018.
  10. ^ Bohannon, John (2010). „Buňky se zrcadlovým obrazem mohou transformovat vědu - nebo nás všechny zabít“. Kabelové. 18 (12).
  11. ^ Wang, Zimou; Xu, Weiliang; Liu, Lei; Zhu, Ting F. (2016). "Syntetický molekulární systém schopný zrcadlové reprodukce genetické replikace a transkripce". Přírodní chemie. 8 (7): 698–704. Bibcode:2016NatCh ... 8..698W. doi:10.1038 / nchem.2517. ISSN  1755-4330. PMID  27325097.
  12. ^ Pitkänen, M. „Mohla by replikace zrcadlové DNA něco naučit o chirálních…“ (PDF). Topologická geometrodynamika. Citováno 27. července 2018.
  13. ^ Peplow, Mark (16. května 2016). „Enzym zrcadlového obrazu kopíruje zrcadlovou DNA“. Příroda. 533 (7603): 303–304. Bibcode:2016Natur.533..303P. doi:10.1038 / příroda.2016.19918. PMID  27193657.
  14. ^ Přirozený způsob, jak zůstat sladký, NASA
  15. ^ Martinez, RF (5. prosince 2013). „Krátká a sladká: (D) -glukóza až (L) -glukóza a (L) -glukuronová kyselina“. Angewandte Chemie International Edition. 53 (4): 1160–2. doi:10,1002 / anie.201309073. PMID  24310928. EPUB 2013 5. prosince.