Ist es möglich, eine chirale Version eines Organismus zu synthetisieren (inkompatibel mit unseren Krankheitserregern)?

Zunächst einmal eine schnelle Klarstellung: "chiral" bedeutet einfach von seinem Spiegelbild verschieden. Alles gegenwärtige Leben ist insofern chiral, als es aus Molekülen besteht, die eine "Händigkeit" haben. Was Sie fragen, ist Leben, das aus Molekülen mit entgegengesetzter Händigkeit besteht (was ich als "spiegelchiral" bezeichnen werde).

Eine solche Lebensform ist theoretisch möglich – chemische und biologische Reaktionen und Reaktionsgeschwindigkeiten sind zwischen den beiden Händigkeiten völlig gleich – vorausgesetzt, dass alle Beteiligten (Substrate, Produkte, Katalysatoren usw.) auf die entgegengesetzte Chiralität umgedreht werden. Ein spiegelchiraler Jarek würde genauso aussehen und funktionieren wie ein Jarek mit normaler Chiralität, obwohl er spiegelchirale Nahrung anstelle von normaler Chiralitätsnahrung essen müsste.

Welche Schwierigkeiten müssten Sie also haben, um einen chiralen Spiegelorganismus zu synthetisieren? Das größte ist das Bootstrapping-Problem. Es gibt eine große Anzahl von Molekülen in der Zelle, die alle benötigt werden, um die Zelle zu replizieren oder sie auch nur zu erhalten. All dies muss vorhanden sein, damit der Organismus funktionieren kann. Der Organismus kann all diese Komponenten von Grund auf neu herstellen, aber dazu muss er diese Komponenten bereits haben.

Synthetische Organismen – das heißt Organismen mit einem Genom, das in einem Computer zusammengesetzt und biologisch synthetisiert wurde – wurden hergestellt . Der Trick bestand jedoch darin, dass die synthetische DNA dann in bereits existierende Organismen eingebracht wurde, um sie zu replizieren und ihre Gene zu exprimieren. Es gibt keine Einschränkung (außer vielleicht Kosten) für die Synthese von Spiegel-Chiralitäts-DNA - dieselben Maschinen, die normale Chiralitäts-DNA synthetisieren, können dies tun, wenn Sie die Reagenzflaschen austauschen. Aber was macht man damit, wenn man es hat? Es gibt keinen existierenden spiegelchiralen Organismus, in den man es einbringen kann, um die Gene zu replizieren und zu exprimieren.

Wenn man spiegelchirale Organismen herstellen wollte, müsste man alle notwendigen Zellbestandteile in ihrer spiegelbildlichen Form synthetisieren. Sie bräuchten also Mirror-RNA-Polymerase, Mirror-Ribosome, Mirror-t-RNA, Mirror ... Wenn Sie die Dinge richtig machen, können Sie die meisten Zellkomponenten überspringen, aber Sie brauchen immer noch eine große Anzahl davon.

Dies ist nicht unbedingt ein Wunschtraum. Soweit ich weiß, untersucht das J. Craig Venter Institute, die Leute, die den ersten synthetischen DNA-Organismus hergestellt haben, dies aktiv. Der Trick besteht darin, die Dinge auf die absolut minimale Anzahl chiraler Komponenten zu reduzieren, die zum Bootstrap des Systems erforderlich sind. Soweit ich weiß, konzentrieren sich ihre derzeitigen Bemühungen (mehr oder weniger) darauf: Was ist die minimale Anzahl von Genen, die für eine lebensfähige Zelle benötigt werden? Welche davon werden benötigt, um eine Zelle aus nackter DNA zu "booten"?

Ich persönlich bin ziemlich zuversichtlich, dass eines Tages ein spiegelchiraler Organismus geschaffen wird. Der Zeitrahmen dafür ist etwas unklar, aber theoretisch gibt es keine Begrenzung. Das größte Problem sind unsere derzeitigen technischen Grenzen bei der Synthese ausreichender Mengen von (Nicht-DNA-) Biomolekülen auf chemische (biologische) Weise. Aber diese werden ständig verbessert, und mit zusätzlicher Forschung darüber, was für das Bootstrapping einer synthetischen Zelle erforderlich ist, werden wir die Anforderungen noch weiter nach unten drücken.

Natürlich wird der erste spiegelchirale Organismus ziemlich einfach sein. Es wird weniger komplex sein als selbst E. coli . Es muss auch mit (teuren) spiegelchiralen Lebensmitteln (Aminosäuren, Zucker) gefüttert werden, sodass seine Verwendung ebenfalls begrenzt ist.