In november 2017 publiceerde de Britse internetpublicatie The Independent een artikel over het nieuwe synthetische biologieprogramma van het Amerikaanse Department of Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), Advanced Plant Technologies (APT). De militaire afdeling is van plan genetisch gemodificeerde algen te maken die kunnen fungeren als zelfvoorzienende sensoren om informatie te verzamelen in omstandigheden waar het gebruik van traditionele technologieën onmogelijk is. Hoe realistisch is dit en hoe bedreigt het de mensheid?
Aangenomen wordt dat de natuurlijke mogelijkheden van planten kunnen worden gebruikt om relevante chemicaliën, schadelijke micro-organismen, straling en elektromagnetische signalen te detecteren. Tegelijkertijd zal het veranderen van hun genoom het leger in staat stellen de toestand van het milieu te beheersen en niet alleen. Dit zal het op zijn beurt mogelijk maken om de reactie van planten op afstand te volgen met behulp van bestaande technische middelen.
Gehoorzame virussen
Volgens Blake Bextine, APT Program Manager, is het doel van DARPA in dit geval om een efficiënt herbruikbaar systeem te ontwikkelen voor het ontwerpen, rechtstreeks creëren en testen van verschillende biologische platforms met zeer aanpasbare mogelijkheden die kunnen worden toegepast op een breed scala aan scenario's.
Laten we hulde brengen aan Amerikaanse wetenschappers en de Amerikaanse militaire afdeling, die actief de ontwikkeling van synthetische biologie promoot. Tegelijkertijd stellen we vast dat de aanzienlijke vooruitgang van de afgelopen jaren, waarvan de verwachte resultaten gericht moeten zijn op het welzijn van de mensheid, een volledig nieuw probleem heeft gecreëerd, waarvan de gevolgen onvoorspelbaar en onvoorspelbaar zijn. Het blijkt dat de Verenigde Staten nu technisch in staat zijn om kunstmatige (synthetische) micro-organismen te ontwerpen die in natuurlijke omstandigheden niet voorkomen. Dit betekent dat we het hebben over een nieuwe generatie biologische wapens (BW).
Als u zich herinnert dat in de vorige eeuw intensief Amerikaans onderzoek naar de ontwikkeling van BW was gericht op zowel het verkrijgen van stammen van veroorzakers van gevaarlijke infectieziekten bij mensen met veranderde eigenschappen (het overwinnen van specifieke immuniteit, polyantibioticaresistentie, toenemende pathogeniteit), en op het ontwikkelen van middel van hun identificatie- en beschermingsmaatregelen. Hierdoor zijn de indicatie- en identificatiemethoden van genetisch gemodificeerde micro-organismen verbeterd. Er zijn regelingen ontwikkeld voor de preventie en behandeling van infecties veroorzaakt door natuurlijke en gemodificeerde vormen van bacteriën.
De eerste experimenten met het gebruik van technieken en technologieën van recombinant DNA werden uitgevoerd in de jaren 70 en waren gewijd aan het wijzigen van de genetische code van natuurlijke stammen door enkele genen in hun genoom op te nemen die de eigenschappen van bacteriën zouden kunnen veranderen. Dit opende kansen voor wetenschappers om belangrijke problemen op te lossen, zoals de productie van biobrandstoffen, bacteriële elektriciteit, medicijnen, diagnostische medicijnen en multi-diagnostische platforms, synthetische vaccins, enz. Een voorbeeld van de succesvolle implementatie van dergelijke doelen is het creëren van een bacterie die recombinant DNA bevatten en synthetische insuline produceren …
Maar er is ook een andere kant. In 2002 werden levensvatbare poliovirussen kunstmatig gesynthetiseerd, waaronder die vergelijkbaar met de ziekteverwekker van de Spaanse griep, die in 1918 tientallen miljoenen levens eiste. Hoewel er pogingen worden ondernomen om effectieve vaccins te maken op basis van dergelijke kunstmatige stammen.
In 2007 waren wetenschappers van het J. Craig Venter Research Institute (JCVI, VS) voor het eerst in staat om het hele genoom van de ene bacteriesoort (Mycoplasma mycoides) naar een andere (Mycoplasma capricolum) te transporteren en bewezen ze de levensvatbaarheid van een nieuw micro-organisme. Om de synthetische oorsprong van dergelijke bacteriën te bepalen, worden meestal markers, de zogenaamde watermerken, in hun genoom ingebracht.
Synthetische biologie is een zich intensief ontwikkelend gebied en vormt een kwalitatief nieuwe stap in de ontwikkeling van genetische manipulatie. Van de overdracht van verschillende genen tussen organismen tot het ontwerpen en bouwen van unieke biologische systemen die in de natuur niet bestaan met "geprogrammeerde" functies en eigenschappen. Bovendien zullen genomische sequencing en het creëren van databases van volledige genomen van verschillende micro-organismen het mogelijk maken om moderne strategieën te ontwikkelen voor DNA-synthese van elke microbe in het laboratorium.
Zoals u weet, bestaat DNA uit vier basen, waarvan de volgorde en samenstelling de biologische eigenschappen van levende organismen bepalen. De moderne wetenschap maakt de introductie mogelijk van "onnatuurlijke" basen in het synthetische genoom, waarvan de werking in de cel zeer moeilijk vooraf te programmeren is. En dergelijke experimenten met het 'inbrengen' in het kunstmatige genoom van onbekende DNA-sequenties met onbekende functies worden al in het buitenland uitgevoerd. In de VS, Groot-Brittannië en Japan zijn multidisciplinaire centra voor synthetische biologie opgericht, waar onderzoekers van verschillende specialismen werken.
Tegelijkertijd is het duidelijk dat het gebruik van moderne methodologische technieken de kans vergroot op "toevallige" of opzettelijke productie van chimere middelen van biologische wapens die de mensheid niet kent, met een volledig nieuwe reeks pathogeniteitsfactoren. In dit verband doet zich een belangrijk aspect voor: het waarborgen van de biologische veiligheid van dergelijke onderzoeken. Volgens een aantal specialisten behoort synthetische biologie tot het werkterrein met hoge risico's bij de aanmaak van nieuwe levensvatbare micro-organismen. Het is niet uitgesloten dat in het laboratorium gecreëerde levensvormen uit de reageerbuis kunnen ontsnappen en in biologische wapens kunnen veranderen, wat een bedreiging vormt voor de bestaande natuurlijke diversiteit.
Speciale aandacht moet worden besteed aan het feit dat helaas een ander belangrijk probleem niet naar voren is gekomen in publicaties over synthetische biologie, namelijk het behoud van de stabiliteit van het kunstmatig gecreëerde bacteriële genoom. Microbiologen zijn zich terdege bewust van het fenomeen van spontane mutaties als gevolg van een verandering of verlies (deletie) van een gen in het genoom van bacteriën en virussen, die leiden tot een verandering in de eigenschappen van de cel. Onder natuurlijke omstandigheden is de frequentie van optreden van dergelijke mutaties echter laag en wordt het genoom van micro-organismen gekenmerkt door relatieve stabiliteit.
Het evolutionaire proces heeft millennia lang de diversiteit van de microbiële wereld gevormd. Tegenwoordig is de volledige classificatie van families, geslachten en soorten bacteriën en virussen gebaseerd op de stabiliteit van genetische sequenties, die hun identificatie mogelijk maken en specifieke biologische eigenschappen bepalen. Ze waren het startpunt voor het creëren van moderne diagnostische methoden zoals de bepaling van eiwit- of vetzuurprofielen van micro-organismen met behulp van MALDI-ToF-massaspectrometrie of chromo-massaspectrometrie, identificatie van DNA-sequenties die specifiek zijn voor elke microbe met behulp van PCR-analyse, enz. Tegelijkertijd is de stabiliteit van het synthetische genoom van "chimere" microben momenteel onbekend, en het is onmogelijk om te voorspellen hoeveel we de natuur en evolutie hebben kunnen "bedriegen". Daarom is het erg moeilijk om de gevolgen te voorspellen van het per ongeluk of opzettelijk binnendringen van dergelijke kunstmatige micro-organismen buiten het laboratorium. Zelfs met de "onschadelijkheid" van de gecreëerde microbe, kan het vrijkomen ervan "in het licht" onder omstandigheden die totaal anders zijn dan het laboratorium, leiden tot verhoogde veranderlijkheid en de vorming van nieuwe varianten met onbekende, mogelijk agressieve eigenschappen. Een levendige illustratie van deze positie is de creatie van een kunstmatige bacterie cynthia.
Dood op de fles
Cynthia (Mycoplasma laboratorium) is een in het laboratorium afgeleide synthetische stam van mycoplasma. Het is in staat tot onafhankelijke reproductie en was volgens buitenlandse media bedoeld om de gevolgen van de olieramp in de wateren van de Golf van Mexico op te heffen door vervuiling op te vangen.
In 2011 werden bacteriën in de oceanen gelanceerd om olielozingen te vernietigen die een bedreiging vormen voor de ecologie van de aarde. Deze overhaaste en slecht berekende beslissing veranderde al snel in ernstige gevolgen - de micro-organismen liepen uit de hand. Er waren berichten over een vreselijke ziekte, door journalisten de blauwe plaag genoemd en die het uitsterven van de fauna in de Golf van Mexico veroorzaakte. Tegelijkertijd behoren alle publicaties die paniek veroorzaakten onder de bevolking tot de tijdschriften, terwijl wetenschappelijke publicaties liever zwijgen. Momenteel is er geen direct wetenschappelijk bewijs (of worden ze bewust verborgen) dat de onbekende dodelijke ziekte wordt veroorzaakt door Cynthia. Er is echter geen rook zonder vuur, daarom vereisen de genoemde versies van de ecologische ramp in de Golf van Mexico veel aandacht en studie.
Er wordt aangenomen dat cynthia tijdens het absorberen van aardolieproducten de voedingsbehoeften heeft veranderd en uitgebreid door dierlijke eiwitten in het "dieet" op te nemen. Door microscopisch kleine wonden op het lichaam van vissen en andere zeedieren te krijgen, verspreidt het zich via de bloedbaan naar alle organen en systemen, waarbij letterlijk alles op zijn pad in korte tijd wordt aangetast. In slechts een paar dagen is de huid van de zeehonden bedekt met zweren, constant aan het bloeden en vervolgens volledig verrot. Helaas zijn er meldingen geweest van dodelijke gevallen van de ziekte (met hetzelfde symptoomcomplex) en mensen die in de Golf van Mexico zwemmen.
Een essentieel punt is het feit dat in het geval van synthia de ziekte niet kan worden behandeld met bekende antibiotica, omdat naast de "watermerken" genen voor resistentie tegen antibacteriële geneesmiddelen in het bacteriële genoom zijn geïntroduceerd. Dat laatste roept vragen en verrassingen op. Waarom heeft de oorspronkelijke saprofytische microbe, die geen ziekten kan veroorzaken bij mens en dier, antibioticaresistentiegenen nodig?
In dit opzicht ziet het stilzwijgen van de functionarissen en auteurs van deze infectie er op zijn minst vreemd uit. Volgens sommige deskundigen wordt de ware omvang van de tragedie op regeringsniveau verzwegen. Er wordt ook gesuggereerd dat we het in het geval van het gebruik van synthia hebben over het gebruik van bacteriologische wapens met een breed werkingsspectrum, wat een bedreiging vormt voor de opkomst van een intercontinentale epidemie. Tegelijkertijd hebben de Verenigde Staten, om paniek en geruchten te verdrijven, het hele arsenaal aan moderne methoden voor het identificeren van micro-organismen, en het is niet moeilijk om de etiologische agens van deze onbekende infectie te bepalen. Natuurlijk kan niet worden uitgesloten dat dit het gevolg is van het directe effect van olie op een levend organisme, hoewel de symptomen van de ziekte meer wijzen op het besmettelijke karakter ervan. Niettemin vereist de vraag, we herhalen het, duidelijkheid.
Natuurlijke bezorgdheid over het ongecontroleerde onderzoek van veel Russische en buitenlandse wetenschappers. Om het risico te verminderen, worden verschillende richtingen voorgesteld: de introductie van eigen verantwoordelijkheid voor ontwikkelingen met niet-programmeerbare resultaten, een toename van wetenschappelijke geletterdheid op het niveau van beroepsopleiding en een breed publiek bewustzijn van de verworvenheden van synthetische biologie via de media. Maar is de gemeenschap klaar om deze regels te volgen? Als bijvoorbeeld miltvuursporen uit een Amerikaans laboratorium worden gehaald en in enveloppen worden verzonden, wordt de effectiviteit van de bestrijding in twijfel getrokken. Bovendien wordt, rekening houdend met moderne mogelijkheden, de beschikbaarheid van databases met genetische sequenties van bacteriën, inclusief veroorzakers van bijzonder gevaarlijke infecties, DNA-synthesetechnieken, methoden voor het creëren van kunstmatige microben, vergemakkelijkt. Het is onmogelijk om het verkrijgen van ongeautoriseerde toegang tot deze informatie door hackers met de daaropvolgende verkoop aan geïnteresseerden uit te sluiten.
Zoals de ervaring met het "lanceren" van Cynthia in natuurlijke omstandigheden aantoont, zijn alle voorgestelde maatregelen niet effectief en garanderen ze niet de biologische veiligheid van het milieu. Daarnaast kan niet worden uitgesloten dat er op de lange termijn ecologische gevolgen kunnen zijn van de introductie van een kunstmatig micro-organisme in de natuur.
De voorgestelde beheersmaatregelen - wijdverbreid mediabewustzijn en grotere ethische verantwoordelijkheid van onderzoekers bij het creëren van kunstmatige vormen van micro-organismen - zijn nog niet bemoedigend. Het meest effectief is de wettelijke regeling van de biologische veiligheid van synthetische levensvormen en het systeem van toezicht op internationaal en nationaal niveau volgens het nieuwe risicobeoordelingssysteem, dat een uitgebreide, experimentele, op feiten gebaseerde studie van de gevolgen in het gebied van synthetische biologie. Een mogelijke oplossing zou ook de oprichting van een internationale raad van deskundigen kunnen zijn om de risico's van het gebruik van haar producten te beoordelen.
Uit analyse blijkt dat de wetenschap volledig nieuwe grenzen heeft bereikt en voor onverwachte problemen heeft gezorgd. Tot nu toe waren schema's voor de indicatie en identificatie van gevaarlijke agentia gericht op de detectie ervan op basis van de identificatie van specifieke antigene of genetische markers. Maar bij het creëren van chimere micro-organismen met verschillende pathogeniteitsfactoren, zijn deze benaderingen niet effectief.
Bovendien kunnen de momenteel ontwikkelde schema's voor specifieke en noodprofylaxe, etiotrope therapie van gevaarlijke infecties ook nutteloos blijken te zijn, omdat ze worden berekend, zelfs in het geval van gewijzigde opties, voor een bekende ziekteverwekker.
De mensheid is zonder het te weten het pad van biologische oorlogsvoering betreden met onbekende gevolgen. Er zijn misschien geen winnaars in deze oorlog.
