Sinh vật phản chiếu: Tiến bộ công nghệ sinh học hay mối đe dọa diệt vong?

Vào tháng 2 năm 2019, khoảng 30 nhà sinh học tổng hợp và các nhà đạo đức học đã tụ họp tại một trung tâm hội nghị ở Bắc Virginia để tìm kiếm những ý tưởng đột phá nhưng đầy rủi ro mà Quỹ Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ (NSF) nên tài trợ. Đến cuối cuộc họp, họ đã tìm ra một ứng cử viên đầy hấp dẫn: tạo ra các loại "vi khuẩn gương".

Nếu được tạo ra, các vi sinh vật này sẽ có cấu trúc và tổ chức giống như vi khuẩn bình thường, ngoại trừ một điểm khác biệt quan trọng: Các phân tử sinh học chính như protein, đường và lipid sẽ là hình ảnh phản chiếu của những phân tử được tìm thấy trong tự nhiên. DNA, RNA và nhiều thành phần khác của tế bào sống đều có tính chiral (tính tay), nghĩa là chúng có cấu trúc xoay định hướng. Các phiên bản phản chiếu của chúng sẽ xoay theo hướng ngược lại.

Môi trường phòng thí nghiệm nghiên cứu sinh học tổng hợp

Ban đầu, các nhà nghiên cứu rất hào hứng với triển vọng này. John Glass, một nhà sinh học tổng hợp tại Viện J. Craig Venter, người đã tham dự hội thảo năm 2019, cho biết: "Mọi người—tất cả mọi người—đều nghĩ rằng điều này thật thú vị." Nhóm nghiên cứu đã nhìn thấy tiềm năng to lớn trong y học. Các vi sinh vật gương có thể được thiết kế như những nhà máy sinh học, sản xuất các phân tử phản chiếu tạo nền tảng cho các loại thuốc mới. Về lý thuyết, các phương pháp điều trị này có thể thực hiện các chức năng giống như các loại thuốc tự nhiên nhưng không gây ra phản ứng miễn dịch không mong muốn.

Tuy nhiên, chỉ 5 năm sau, vào năm 2024, nhiều nhà nghiên cứu từng tham dự cuộc họp đó đã thay đổi quan điểm hoàn toàn. Họ trở nên tin rằng trong kịch bản tồi tệ nhất, các sinh vật phản chiếu có thể kích hoạt một sự kiện thảm khốc đe dọa mọi dạng sự sống trên Trái Đất; chúng có thể nhân lên mà không có kẻ thù thiên địch và né tránh hệ thống phòng thủ miễn dịch của con người, thực vật và động vật.

Trong hai năm qua, họ đã liên tục gióng lên hồi chuông cảnh báo. Vào tháng 12 năm 2024, họ đã công bố một bài báo trên tạp chí Science, kèm theo một báo cáo kỹ thuật dài 299 trang đề cập đến tính khả thi và các rủi ro. Vấn đề này đã thu hút sự chú ý lớn của truyền thông và khơi dậy các cuộc đối thoại không chỉ giữa các nhà hóa học và nhà sinh học tổng hợp mà còn cả các nhà đạo đức sinh học và các nhà hoạch định chính sách.

Vấn đề về tính Chiral và rủi ro tiềm ẩn

Nhà hóa học và vi sinh học người Pháp Louis Pasteur là người đầu tiên nhận ra rằng các phân tử sinh học có tính "tay" (handedness) vốn có. Vào cuối thế kỷ 19, ông mô tả tất cả các loài sống là "các chức năng của sự bất đối xứng vũ trụ". Các nhà khoa học hiện nay nhận ra rằng tính chiral là trung tâm của sự sống, mặc dù không ai biết tại sao.

Ở người, 19 trong số 20 axit amin "tiêu chuẩn" cấu tạo nên protein đều có tính chiral theo cùng một cách. Các chức năng của protein liên quan chặt chẽ đến hình dạng của chúng, và chúng chủ yếu tương tác với các phân tử khác thông qua các cấu trúc chiral. Gần như tất cả các thụ thể trên bề mặt tế bào đều có tính chiral. Trong quá trình nhiễm trùng, các "lính gác" của hệ miễn dịch sử dụng tính chiral để phát hiện và liên kết với kháng nguyên—các chất kích hoạt phản ứng miễn dịch—và bắt đầu quá trình tạo kháng thể.

Đến cuối thế kỷ 20, các nhà nghiên cứu bắt đầu khám phá ý tưởng đảo ngược tính chiral. Vào năm 1992, một nhóm đã báo cáo đã tổng hợp thành công protein hình ảnh phản chiếu đầu tiên. Điều này đã kích hoạt lời cảnh báo đầu tiên về rủi ro: Phản ứng trước phát hiện này, các nhà hóa học tại Đại học Purdue đã chỉ ra ngắn gọn rằng các sinh vật sống phản chiếu, nếu thoát khỏi phòng thí nghiệm, sẽ miễn nhiễm với bất kỳ cuộc tấn công nào của sự sống "bình thường".

Sự thay đổi trong nhận thức

Khi các nhà sinh học tổng hợp họp tại Bắc Virginia vào năm 2019, họ không nhận ra công nghệ đang tiến bộ nhanh như thế nào. Điều trở nên rõ ràng bây giờ là các nhà khoa học ở các ngành học khác nhau, tất cả đều liên quan đến sự sống phản chiếu, phần lớn không biết những người khác đang làm gì. Các nhà hóa học không biết rằng các nhà sinh học tổng hợp đã đạt được nhiều tiến độ trong việc tạo ra tế bào phản chiếu. Các nhà sinh học không đánh giá cao rằng các nhà hóa học đang xây dựng các đại phân tử phản chiếu ngày càng lớn.

John Glass thừa nhận: "Chúng tôi có xu hướng làm việc trong các silo riêng biệt." Và không ai, theo ông Glass, đã nghĩ đến việc xem xét nghiêm túc các lo ngại về hệ miễn dịch đã được đưa ra trước đó. "Không có nhà miễn dịch học hay chuyên gia bệnh truyền nhiễm nào trong phòng," ông nói khi nhớ lại cuộc họp năm 2019.

Những nhà khoa học này cũng không biết rằng vào khoảng thời gian cuộc họp của họ, một cuộc trò chuyện khác về sự sống phản chiếu đang diễn ra—một cuộc đối thoại đen tối hơn tập trung vào nguy cơ nhiều như việc khám phá. Khoảng năm 2016, các nhà nghiên cứu với một tổ chức phi lợi nhuận gọi là Open Philanthropy (nay là Coefficient Giving) đã bắt đầu tổng hợp các hồ sơ nghiên cứu về các rủi ro sinh học thảm khốc.

Kevin Esvelt, người dẫn đầu nhóm Sculpting Evolution tại Phòng thí nghiệm Truyền thông MIT, đã được tài trợ để nghiên cứu các vấn đề an toàn sinh học, bao gồm cả sự sống phản chiếu. Esvelt nổi tiếng vào năm 2013 khi tiên phong sử dụng CRISPR để phát triển gene drive—công nghệ có thể lan truyền các thay đổi gen thông qua cả một quần thể. Ông lo ngại rằng các sinh vật phản chiếu, nếu miễn nhiễm với các phòng vệ tự nhiên, có thể gây ra các bệnh nhiễm trùng không thể ngăn chặn nếu thoát khỏi phòng thí nghiệm.

Cuộc tranh luận về việc vạch ra ranh giới

Không phải mọi nhà khoa học đều tin rằng sinh vật phản chiếu tạo ra mối đe dọa tồn vong. Rất khó để xác minh các dự đoán về cách vi khuẩn phản chiếu sẽ hoạt động trong hệ miễn dịch hoặc thế giới rộng lớn hơn mà không thực hiện các thí nghiệm trên chúng. Một số nhà khoa học đã phản bác lại kịch bản ngày tận thế, cho rằng trường hợp chống lại sự sống phản chiếu mang lại "cái nhìn phóng đại về nguy hiểm".

Tuy nhiên, ngay cả những người tin rằng kịch bản tồi tệ nhất là có thể xảy ra, các nhà nghiên cứu vẫn bất đồng về việc nên vạch ra ranh giới ở đâu. Những câu hỏi nào được phép và câu hỏi nào bị cấm?

Andy Ellington, một nhà công nghệ sinh học tại Đại học Texas tại Austin, không nghĩ rằng sinh vật phản chiếu sẽ thành hiện thực trong tương lai gần. Ngay cả khi chúng có thành hiện thực, ông cũng không chắc chúng sẽ gây ra mối đe dọa. Ông nói: "Nếu sẽ có hại cho chủng tộc con người, thì vấn đề này đứng thứ 382 trong danh sách của tôi."

Kate Adamala từ Đại học Minnesota và những người khác nhìn thấy một ranh giới tự nhiên tại ribosome—nhà máy tế bào chuyển đổi chuỗi axit amin thành protein. Đây sẽ là một thành phần quan trọng trong việc tạo ra một sinh vật tự nhân bản. Tuy nhiên, Ting Zhu tại Đại học Westlake và những người khác phản đối rằng việc phát triển ribosome phản chiếu là đáng giá vì chúng có thể sản xuất peptide và protein có ích về mặt y tế hiệu quả hơn các phương pháp hóa học truyền thống.

Bài học lịch sử và tương lai

Theo một cách nào đó, các nhà khoa học đã từng ở đây trước đây, khi làm việc các quy tắc và giới hạn cho nghiên cứu. Vào năm 1975, tại hội nghị Asilomar, các nhà di truyền học đã gặp gỡ để đúc kết các quy tắc quản lý công nghệ DNA tái tổ hợp. Các nhà khoa học đã đồng ý tự áp đặt các hạn chế, như việc tạm dừng nghiên cứu cho đến khi các hướng dẫn an toàn mới được đưa ra.

Hiện tại, UNESCO đã khuyến nghị một lệnh cấm toàn cầu mang tính thận trọng đối với việc tạo ra tế bào sống phản chiếu. Các tổ chức từ thiện lớn tài trợ cho khoa học, bao gồm Quỹ Alfred P. Sloan, đã thông báo họ sẽ không tài trợ cho nghiên cứu dẫn đến một vi sinh vật phản chiếu.

Stephen Ornes, tác giả bài viết, nhận định rằng ba hình ảnh cạnh tranh về tương lai đang dần hiện rõ: Sự sống phản chiếu có thể không khả thi, có thể khả thi nhưng không đe dọa, hoặc có thể khả thi và có khả năng xóa sổ mọi sự sống trên Trái Đất. Điều rõ ràng là câu hỏi về việc nên làm gì với sự sống phản chiếu vừa mang tính chiếu sáng vừa gây disorienting, thúc đẩy các nhà khoa học không chỉ thẩm định nghiên cứu hiện tại mà còn cả nơi nó có thể dẫn đến. Đây là lãnh địa chưa được khám phá.