Chưa thể tạo ra 'phản vật chất' nhưng con người có thể tạo ra 'phản sinh vật'

Hầu hết phân tử phức tạp đều có tính đối xứng

Tính hai mặt của thế giới phân tử sinh học

Hầu hết các phân tử sinh học chính, bao gồm tất cả các protein, DNA và RNA, đều là chiral. Trong hóa học, một phân tử hoặc ion được gọi là chiral nếu nó không thể chồng lên ảnh phản chiếu của chính nó bằng bất kỳ sự kết hợp nào của phép quay, phép tịnh tiến. Tính chất hình học này được gọi là tính chiral bắt nguồn từ cheir trong tiếng Hy Lạp cổ đại (nghĩa là 'bàn tay').

Một phân tử hoặc ion chiral tồn tại trong hai đồng phân lập thể là ảnh phản chiếu của nhau, được gọi là đồng phân quang học; chúng thường được phân biệt là "thuận tay phải" hoặc "thuận tay trái" theo cấu hình tuyệt đối của chúng hoặc một số tiêu chí khác. Để dễ hình dung, phân tử chiral giống như găng tay: găng tay trái chỉ vừa với tay trái và găng tay phải vừa với tay phải. Dù xoay găng kiểu gì thì trái vẫn là trái, phải vẫn là phải, hoàn toàn đối xứng nhau.

Có hai loại chiral: trái và phải, được gọi chính thức là L theo tiếng Latin laevus và D theo nghĩa là dexter. Mọi sự sống trên Trái đất đều sử dụng protein L thuận tay trái và đường D thuận tay phải. Ngay cả Archaea, một nhóm lớn các vi sinh vật có thành phần hóa học khác thường, cũng tuân theo chương trình về tính thuận tay của các phân tử chính mà chúng sử dụng.

Trong một thời gian dài, các nhà khoa học đã suy đoán về việc tạo ra các polyme sinh học có thể phản ánh các hợp chất trong tự nhiên nhưng theo hướng ngược lại - cụ thể là các hợp chất được tạo thành từ protein D thuận tay phải và đường L thuận tay trái. Những năm gần đây đã chứng kiến một số tiến bộ đầy hứa hẹn, bao gồm các enzyme có thể tạo ra phản RNA và phản DNA.

Khi các nhà khoa học quan sát thấy các phân tử phản chiếu này hoạt động giống như các phân tử tương đương tự nhiên của chúng, họ cho rằng có thể tạo ra toàn bộ một tế bào sống từ chúng.

Đặc biệt, phản vi khuẩn (hay vi khuẩn phản chiếu) có tiềm năng trở thành một công cụ nghiên cứu cơ bản hữu ích. Điều có thể cho phép các nhà khoa học nghiên cứu một cây sự sống mới lần đầu tiên và giải quyết nhiều vấn đề trong kỹ thuật sinh học và y học.

Từ phản phân tử đến phản sinh vật

Cái gọi là phản sinh vật này bắt đầu từ các tế bào sống được tạo thành từ các khối xây dựng có độ quang học đối lập với các khối tạo nên sự sống tự nhiên. Chúng có thể có các đặc tính rất giống với các tế bào sống tự nhiên.

Chúng có thể sống trong cùng một môi trường, cạnh tranh giành tài nguyên và hoạt động giống ta quan sát thấy ở bất kỳ sinh vật sống nào. Nhưng chúng lại có thể không bị tiêu diệt bởi sinh vật thông thường hay bất kỳ loại vi-rút nào là khắc tinh kiểm soát sinh vật hiện nay..

Những đặc điểm này là lý do tại sao các nhà nghiên cứu lại bị thu hút bởi phản sinh vật. Nhưng những đặc điểm này cũng là những lỗi lớn của công nghệ này khiến nó trở thành một vấn đề.

Trợ lý Giáo sư Di truyền học Kate Adamala

Trợ lý Giáo sư Di truyền học Kate Adamala đến từ Đại học Minnesota là một nhà sinh học tổng hợp nghiên cứu sử dụng hóa học để tạo ra các tế bào. Adamala cũng là một kỹ sư sinh học phát triển các công cụ cho nền kinh tế sinh học. Theo Adamala, việc chế tạo phản sinh vật ban đầu có vẻ là một cách hấp dẫn để trả lời các câu hỏi cơ bản về sinh học và áp dụng thực tế những phát hiện đó vào ngành công nghiệp và y học.

Tuy nhiên, khi tìm hiểu thêm về miễn dịch học và sinh thái học của phản sinh vật, Adamala nhận thức được những hậu quả tiềm ẩn về môi trường và sức khỏe của công nghệ này.

Điều quan trọng cần lưu ý là các nhà nghiên cứu có thể phải mất ít nhất 10 đến 30 năm nữa mới tạo ra được phản vi khuẩn. Trong thang thời gian của một lĩnh vực phát triển nhanh như sinh học tổng hợp, một thập niên là một khoảng thời gian rất dài. Việc tạo ra các tế bào tổng hợp tự nó đã khó. Việc tạo ra các phản tế bào sẽ đòi hỏi một số đột phá về mặt kỹ thuật.

Tuy nhiên, nó sẽ đi kèm với một rủi ro. Nếu các phản tế bào được thả vào môi trường, chúng có khả năng sinh sôi nhanh chóng mà không bị hạn chế nhiều. Các cơ chế tự nhiên giúp duy trì sự cân bằng của hệ sinh thái, bao gồm cả nhiễm trùng và săn mồi, sẽ không có tác dụng đối với phản sinh vật.

Vi khuẩn, giống như hầu hết các dạng sống khác, dễ bị nhiễm vi-rút. Những vi-rút trong vi khuẩn này, hay còn gọi là thể thực khuẩn, xâm nhập vào vi khuẩn bằng cách liên kết với các thụ thể bề mặt của chúng và sau đó sử dụng bộ máy tế bào của chúng để nhân lên. Nhưng cũng giống như găng tay trái không vừa với tay phải, các thể thực khuẩn tự nhiên sẽ không nhận ra thụ thể phản tế bào hoặc không thể sử dụng bộ máy của nó. Do vậy, phản sinh vật có khả năng kháng lại vi-rút.

(còn nữa)

Anh Tú