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2025-03-10 09:00:18
2024年12月11日，《Science》杂志发表了一篇长达299页的报告《直面“镜像生命”的风险》（Confronting risks of mirror life）。报告由来自9个国家的38位诺贝尔奖得主和行业专家联合撰写，呼吁全球禁止对镜像生命的研究[1]。
图源：www.science.org
这仿佛一个科幻小说的开头，但却是真实的科学讨论。
什么是“镜像生命”？它为什么让科学家们如此恐慌？我们得先从“镜像”这种生命中奇特的现象开始说起。
01、生命的偏好：蛋白质向左、DNA向右
当我们站在镜子前，镜中反射出来的影像还是我们自己，却翻转了全部的特征。
在分子层面的微观世界，也能看到这样的现象。有些分子就像人的左右手一样，能(néng)以(yǐ)自(zì)身(shēn)镜(jìng)像(xiàng)的(de)形(xíng)式(shì)存(cún)在(zài)，即(jí)相(xiāng)互(hù)对(duì)称(chēng)但(dàn)不(bù)可(kě)重(zhòng)叠(dié)，这(zhè)种(zhǒng)结(jié)构(gòu)互(hù)为(wèi)镜(jìng)像(xiàng)关系(xì)的分子，被称为“手性分子”、“对映异构体”或“光学异构体”。
互为镜像的氨基酸化合物，它们具有相同的化学组成和连接方式，但空间排列不同｜图源：cn.chem-station.com
构成生命体的有机分子，绝大多数都(dōu)是手性分子。手性分子分左旋（左手(shǒu)性(xìng)）和(hé)右(yòu)旋(xuán)（右(yòu)手(shǒu)性(xìng)）两(liǎng)种(zhǒng)形(xíng)式(shì)，通(tōng)常(cháng)用(yòng) L- 表(biǎo)示(shì)左(zuǒ)旋(xuán)，D- 表(biǎo)示(shì)右(yòu)旋(xuán)。当(dāng)科(kē)学(xué)家(jiā)在(zài)实(shí)验(yàn)室(shì)合(hé)成(chéng)有(yǒu)机(jī)化(huà)合(hé)物(wù)时(shí)，获(huò)得(de)的(de)左(zuǒ)、右(yòu)旋(xuán)分(fēn)子(zi)通(tōng)常(cháng)各(gè)占(zhàn)一(yī)半(bàn)。
但(dàn)奇(qí)怪(guài)的(de)是(shì)，在(zài)自(zì)然(rán)界(jiè)，生(shēng)命(mìng)体(tǐ)经(jīng)常(cháng)偏爱其中一种。除了甘氨酸不具有手性外，其余组成蛋白质的氨基酸几乎都是左旋（L型），而核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）中的核糖都是右旋（D型）[2]。
大自然为何偏爱特定手性仍是谜，但这种选择(zé)深(shēn)刻(kè)影(yǐng)响(xiǎng)了(le)生(shēng)命(mìng)分(fēn)子的相互作用。例如，香芹酮分子的左右手性决定了它闻起来像绿薄荷还是藏茴香。实验室合成的左旋和右旋葡萄糖，味道相同，但只有右旋葡萄糖能被人体代谢供能，因为我们身体里的酶只能处理右旋糖[3]。
想靠左旋葡萄糖减肥？别想了——它不仅昂贵，还会导致腹泻，倒是可以当泻药用[4]。
02、手性药物的双面性
药物分子中普遍存在手性特征。根据2010年版《中国药典》的不完全统计，在收录的1018种不同结构的药物中，含有手性中心的药物占比达43.22%。其中31.34%的药物对其手性构型有(yǒu)严(yán)格(gé)要(yào)求(qiú)。
例(lì)如(rú)左(zuǒ)旋(xuán)氧(yǎng)氟(fú)沙(shā)星(xīng)比(bǐ)氧(yǎng)氟(fú)沙(shā)星(xīng)更(gèng)有(yǒu)效(xiào)，右(yòu)旋(xuán)布(bù)洛(luò)芬(fēn)作(zuò)用(yòng)更(gèng)强(qiáng)，左(zuǒ)旋(xuán)艾(ài)司(sī)西(xi)普(pǔ)肽(tài)兰(lán)使(shǐ)用(yòng)时(shí)所(suǒ)需(xū)的(de)剂(jì)量(liàng)更(gèng)小(xiǎo)，副作用更少……
但手性药物也曾引起过灾难。上世纪50年代，著名的对抗妊娠反应的药物沙利度胺（俗称反应停），其右旋化合物的确具有抑制妊娠反应和镇静作用，可其左旋化合物却会导致胎儿畸形[5]。
英国一位“海豹畸形儿”和她的父亲｜图源：dailymail.co.uk
可当时的科学界尚不知道镜像化合物在人体内的作用差异竟如此之大，且缺乏检测手段，制备时无法区分其手性[6]。
如今，把手性药物的不同构型视为不同(tóng)的(de)化(huà)合(hé)物(wù)来(lái)慎(shèn)重(zhòng)对(duì)待(dài)，已(yǐ)经(jīng)成(chéng)为(wèi)业(yè)界(jiè)的(de)共(gòng)识(shi)。监(jiān)管(guǎn)机(jī)构为此改变(biàn)了(le)药(yào)理(lǐ)测(cè)试(shì)和安全性评价的要求。
随着医学的发展，药物和治疗手段也在不断进化。我们会更多用到来源于生物的分子（如用一小段蛋白质）来制作癌症靶向药。它们很有效，但也很容易被人体内的酶分解，限制了药效。
因此，研究人员尝试使用镜像倒置的氨基酸分子来合成目标蛋白质，说不定它们没那么容易被人体内的酶分解。为了想象这一点，你可以假设：酶是一只左手棒球手套，当我们投入体内的蛋白质是右手形态，棒球手套就没办法“套上去”捕捉它。
03、镜像生命的风险
如今科学家已经成功合成了一些镜像生物分子，如左旋的DNA、具备完整功能的“镜像酶”等。于是随着合成生物学的发展，科学家们展望的问题来了：能不能制造镜像生命，如镜像细菌？
镜像的DNA分子｜图源作者：theconversation.com；Mark Lorch Mark Lorch
事实上，已经有一些研究小组在做这件事。他们合成生物分子，并试图将其组装成具备功能、能够繁殖的细胞。然而很多人提前意识到了其中的风险。
最普遍的担忧是：一旦这些镜像细菌被创造出来而又从实验室中泄露，逃逸到自然环境中，它们独特的结构可能让它们在生态环境中所向披靡，形成难以控制的疫情。无论入侵对象是其他细菌、植物、动物还是人类。
记得前方的棒球手套比喻吗？生物的免疫系统中也有很多由手性分子介导的机制。面对镜像细菌，免疫系统很可能会束手无策，同理它们也很可能逃避天然手性噬菌体的捕食；常规药物同样会面临类似的问题。
镜像细菌可能逃脱免疫系统的识别，无法激活相应的免疫细胞去清除它，最终进入血液里，不受控地大量繁殖｜图源：参考文献[1]
以目前的技术进展，科学家们预测至少还需10年才可能制造出真正的镜像细菌。但这一过程远不只是将左旋DNA装入右旋蛋白质的外壳那么简单。一旦失控，其影响可能难以预测，甚至引发生态灾难[7]。因此，许多科学家认为应采取谨慎态度。
也有科学家持反对意见，像德克萨斯州大学奥斯汀分校的合成生物学家安德鲁・艾灵顿就认为“这像是担心30后年会出现网络犯罪，就禁止现在使用晶体管”。
然而，从联合报告的态度中可见，科学家们还是认为这样的风险不值得去冒，他们建议全面禁止制造镜像(xiàng)细(xì)菌(jūn)的(de)研(yán)究(jiū)，并(bìng)呼(hū)吁(xū)各(gè)机构停止资助此类项目。因为，即使镜像细菌不如它的自然同胞们有活力，一(yī)旦(dàn)它(tā)能(néng)逃(táo)避(bì)自(zì)然(rán)免(miǎn)疫(yì)机(jī)制(zhì)，就(jiù)可(kě)能(néng)带(dài)来(lái)不(bù)可(kě)控(kòng)的(de)生(shēng)物(wù)安(ān)全威(wēi)胁(xié)，这(zhè)将(jiāng)对(duì)整(zhěng)个(gè)世(shì)界(jiè)造(zào)成(chéng)毁(huǐ)灭(miè)性(xìng)的(de)打(dǎ)击(jī)。
参(cān)考(kǎo)文献(xiàn)
[1] Adamala et al. Technical Report on Mirror Bacteria: Feasibility and Risks. December 2024.https://doi.org/10.25740/cv716pj4036
[2] 王(wáng)文清(qīng). 生(shēng)命(mìng)起(qǐ)源(yuán)中(zhōng)的(de)对称性破缺[J]. 北京大学学报 (自然科学版), 1997, 33 (2): 265-272.
[3]岳奎元. 手性，生命中的奇特现象[OL]. 中国科学院成都分院 http://www.cdb.cas.cn/kyzc/kysb/201406/t20140625_4143907.html
[4]迈克尔·卡斯韦尔、爱德华·德莱尼(ní)、穆(mù)罕(hǎn)默(mò)德(dé)·拉(lā)赫曼. L-糖结肠清洁剂及其应用[P].2012，CN 102448976 A
[5]章伟光, 张仕林, 郭栋, 赵檑, 于腊佳, 章慧, 何裕建. 关注手性药物：从“反应停事件”说起. 大学化学[J], 2019, 34(9): 1-12 doi:10.3866/PKU.DXHX201904021
[6]Hoffmann, R. The Same and Not the Same; Columbia University Press: New York, 1995.
[7]Bob Service，Leading scientists warn against developing ‘mirror-image’ bacteria，doi: 10.1126/science.zmatxfw
作者：万三
策划&编辑(ji)：小(xiǎo)小(xiǎo)蒲(pú)公(gōng)英(yīng)
鸣(míng)谢(xiè)：中(zhōng)国(guó)科(kē)学(xué)院分子细胞科学卓越创新中心博士胡志国为本文提供科学指导
封面图源：National Institute for Allergy and Infectious Diseases
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