Enigma kiralnosti života

Na svodu Sikstinske kapele u Vatikanu Michelangelo je u fokusu Stvaranja Adama prikazao struju života, kojom je Bog nadahnuo Adama, laganim dodirom lijeve i desne ruke.

Kiralnost (od grč. χείρ: ruka) je svojstvo nesimetričnosti likova i tijela koje se očituje u nemogućnosti da se pomacima ili zakretima poklope s vlastitom zrcalnom slikom (npr. lijeva i desna ruka, lijevi i desni vijci itd.).

U svojem predavanju povodom dodjele Nobelove nagrade Vladimir Prelog odabrao je crtež djevojačkih ruku s tetraedrima ne bi li prikazao vezu između kiralnosti i zrcalne simetrije. Slika prikazuje sve što treba za opisivanje pojma kiralnosti: ljudsku inteligenciju, lijevu i desnu ruku te par deformiranih tetraedara. Crtež je za Preloga nacrtao švicarski slikar Hans Erni.

Dugo vremena fizičari su bili uvjereni da prirodni zakoni ne razlikuju lijevo i desno i da je stoga paritet (zrcalna simetrija) očuvan u svim interakcijama. Eksperimenti beta-raspada kobalta (60 Co) iz 1956. koje je napravila Chien-Shiung Wu jasno su pokazali da svemirom ne dominira simetrija pariteta, kako se vjerovalo na temelju zakona klasične fizike. Za teorijsko predviđanje narušavanja prostorne parnosti pri beta-raspadu Tsung-Dao Lee i Chen Ning Yang 1957. dobili su Nobelovu nagradu za fiziku.

U svojem predavanju povodom dodjele 
Nobelove nagrade Prelog je odabrao crtež djevojačkih ruku s tetraedrima ne bi li prikazao vezu između kiralnosti i zrcalne simetrije

Šećeri u nukleinskim kiselinama poput DNK su desnoruki – uzrokuju da se dvostruka spirala DNK uvija udesno, ako gledate niz njezinu os – dok su aminokiseline koje grade proteine ​​ljevoruke.

Neki znanstvenici smatraju da je sklonost desnorukoj DNK i ljevorukim proteinima mogla pomoći u održavanju stabilnosti biomolekula i njihovih funkcija u ranoj evoluciji života. Enigma kiralnosti života desetljećima je predmet rasprava.

U nedavno objavljenom članku u Angewandte Chemie znanstvenici izvještavaju o neobičnom drevnom proteinu čiji desnoruki oblik funkcionira.

Liam Longo ispitivao je proteinski fragment, ili peptid, koji prepoznaje nukleinske kiseline i često se nalazi u enzimima za popravak DNK. Primijetio je da je struktura simetrična oko središnje osi i posumnjao je da se i lijeva i desna verzija proteina može vezati na DNK.

Nakon toga stvorene su desnoruke verzije peptida, uključujući oblik potencijalno sličan onome koji se nalazi u posljednjem univerzalnom zajedničkom pretku današnjih stanica.

Zrcalno-slični peptidi vezali su se za DNK gotovo jednako dobro kao i njihovi blizanci, a normalne, ljevoruke verzije mogle su se vezati za zrcalno-sličnu DNK. Daljnji eksperimenti pokazali su da su ljevoruke i desnoruke verzije hvatale molekule DNK na slične načine.

Zanimljiva je ideja da se ovo što je Longo opazio moglo razviti kada je na Zemlji postojao „zrcalni život“ – koji sadrži ljevoruke nukleinske kiseline i desnoruke proteine.

Bez obzira na to je li zrcalni život postojao u prošlosti Zemlje ili nije, tehnološki bismo ga uskoro mogli razviti u laboratoriju. Nedavno je skupina znanstvenika istaknula potencijalne rizike stvaranja takvog oblika života u članku objavljenom u časopisu Science. Takvi zrcalni organizmi predstavljali bi radikalno odstupanje od poznatog života.

Ovo podsjeća na jednu drugu sličnu priču iz fizike. Prije Velikog praska za očekivati je da su svi fizikalni brojevi bili nula, pa tako i količina materije i antimaterije. Nakon Velikog praska logično bi bilo da je bar neko vrijeme postojala simetrija između materije i antimaterije. Ipak, mi danas živimo u svijetu materije, a antimateriju možemo tu i tamo opaziti i stvoriti u sudarima čestica na ubrzivačima. Kako je priroda odabrala materiju, nije posve jasno i jedno je od otvorenih pitanja današnje fizike. Razlika u odnosu na zrcalne organizme jest proces anihilacije u kojem se materija pri spajanju s antimaterijom pretvara u energiju, što nije slučaj u susretu organizma s njemu zrcalnim.

Analiza skeptične skupine znanstvenika oko potrebe istraživanja zrcalnih organizama sugerira da bi npr. zrcalne bakterije vjerojatno izbjegle mnoge imunološke mehanizme posredovane kiralnim molekulama, što bi moglo uzrokovati smrtonosnu infekciju kod ljudi, životinja i biljaka. Za razliku od prethodnih rasprava o zrcalnom životu, analiza ove skupine znanstvenika sugerira da bi zrcalne bakterije mogle pronaći niz hranjivih tvari u životinjskim domaćinima i okolišu te bi stoga mogle preživjeti. Njihova analiza također sugerira da bi zrcalne bakterije mogle uvelike izbjeći mnoge imunološke obrane ljudi, životinja i biljaka jer bi kiralne interakcije, koje su ključne za imunološko prepoznavanje i aktivaciju u višestaničnim organizmima, bile narušene kod zrcalnih bakterija. To bi moglo rezultirati oslabljenim imunološkim prepoznavanjem i oslabljenim odgovorom urođenog imunološkog sustava te zaključno predlažu da se zrcalne bakterije ne stvaraju.

Postoje i potencijalne koristi jer bi se zrcalne biomolekule mogle koristiti u medicini za stvaranje lijekova otpornih na degradaciju u ljudskom tijelu. Budući da ih naši biološki procesi ne bi mogli razgraditi, takvi lijekovi mogli bi trajati dulje i izazivati manje nuspojava.

Slično tome, zrcalni mikroorganizmi mogli bi služiti kao bioreaktori za proizvodnju antibiotika i drugih spojeva, jer ih prirodni predatori ne bi mogli inficirati.

Kao i mnogo puta do sada, postoje razlozi za i protiv istraživanja, a znanost je uvijek napredovala kroz argumentirano sučeljavanje raznih hipoteza, pa neka tako bude i ovaj put.