“镜像生命”是什么？为什么让38名诺奖得主害怕到联名禁止其人工合成！

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(shén)么(me)是(shì)“镜(jìng)像(xiàng)生(shēng)命(mìng)”？它(tā)为(wèi)什(shén)么(me)让(ràng)科(kē)学(xué)家(jiā)们(men)如(rú)此(cǐ)恐(kǒng)慌(huāng)？我(wǒ)们(men)得(de)先(xiān)从(cóng)“镜(jìng)像(xiàng)”这(zhè)种(zhǒng)生(shēng)命(mìng)中(zhōng)奇(qí)特(tè)的(de)现(xiàn)象(xiàng)开(kāi)始(shǐ)说(shuō)起(qǐ)。

01、生(shēng)命(mìng)的(de)偏(piān)好(hǎo)：蛋(dàn)白(bái)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，能以自身镜像的形式存在，即相互对称但不可重叠，这种结构互为镜像关系的分子，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，绝大多数都是手性分子。手性分子分左旋（左手性）和右旋（右手性）两种形式，通常用 L- 表示左旋，D- 表示右旋。当科学(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(piān)爱(ài)其(qí)中(zhōng)一(yī)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，但这种选择深刻影响了生命分子的相互作用。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严格要求。

例如左旋氧氟沙星比氧氟沙星更有效，右旋布洛芬作用更强，左旋艾司西普肽兰使用时所需的剂量更小，副作用更少……

但手性药物也曾引起过灾难。上世纪50年(nián)代(dài)，著(zhe)名的(de)对(duì)抗妊娠反应的药物沙利度胺（俗称反应停），其右旋(xuán)化(huà)合(hé)物(wù)的(de)确(què)具有抑制妊娠反应和镇静作(zuò)用(yòng)，可(kě)其(qí)左(zuǒ)旋(xuán)化(huà)合(hé)物(wù)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的化合物来慎重对待，已经成为业界的共识。监管机构为此改变了药理测试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(duàn)进(jìn)化(huà)。我(wǒ)们(men)会(huì)更(gèng)多(duō)用(yòng)到(dào)来(lái)源(yuán)于(yú)生(shēng)物(wù)的(de)分(fēn)子(zi)（如(rú)用(yòng)一(yī)小(xiǎo)段(duàn)蛋(dàn)白(bái)质(zhì)）来(lái)制(zhì)作(zuò)癌(ái)症(zhèng)靶(bǎ)向(xiàng)药(yào)。它(tā)们(men)很(hěn)有(yǒu)效(xiào)，但(dàn)也(yě)很(hěn)容(róng)易(yì)被(bèi)人(rén)体(tǐ)内(nèi)的(de)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(chéng)生(shēng)物(wù)学(xué)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(xiàng)细(xì)菌(jūn)？

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(bìng)试(shì)图(tú)将(jiāng)其(qí)组(zǔ)装(zhuāng)成(chéng)具(jù)备(bèi)功(gōng)能(néng)、能(néng)够(gòu)繁(fán)殖(zhí)的(de)细(xì)胞(bāo)。然(rán)而(ér)很(hěn)多(duō)人(rén)提(tí)前(qián)意(yì)识(shi)到(dào)了(le)其(qí)中(zhōng)的(de)风(fēng)险(xiǎn)。

最(zuì)普(pǔ)遍(biàn)的(de)担(dān)忧(yōu)是(shì)：一(yī)旦(dàn)这(zhè)些(xiē)镜(jìng)像(xiàng)细(xì)菌(jūn)被(bèi)创(chuàng)造(zào)出(chū)来(lái)而(ér)又(yòu)从(cóng)实(shí)验(yàn)室(shì)中(zhōng)泄(xiè)露(lù)，逃(táo)逸(yì)到(dào)自(zì)然(rán)环(huán)境(jìng)中(zhōng)，它(tā)们(men)独(dú)特(tè)的(de)结(jié)构(gòu)可(kě)能(néng)让(ràng)它(tā)们(men)在(zài)生(shēng)态(tài)环(huán)境(jìng)中(zhōng)所(suǒ)向(xiàng)披(pī)靡(mí)，形(xíng)成(chéng)难(nán)以(yǐ)控(kòng)制(zhì)的(de)疫(yì)情(qíng)。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(zhuāng)入(rù)右(yòu)旋(xuán)蛋(dàn)白(bái)质(zhì)的(de)外(wài)壳(ké)那(nà)么(me)简(jiǎn)单(dān)。一(yī)旦(dàn)失(shī)控(kòng)，其(qí)影(yǐng)响(xiǎng)可(kě)能(néng)难(nán)以(yǐ)预(yù)测(cè)，甚(shén)至(zhì)引(yǐn)发(fā)生(shēng)态(tài)灾(zāi)难(nán)[7]。因(yīn)此(cǐ)，许(xǔ)多(duō)科(kē)学(xué)家(jiā)认(rèn)为(wèi)应(yīng)采取(qǔ)谨(jǐn)慎(shèn)态(tài)度(dù)。

也(yě)有(yǒu)科(kē)学(xué)家(jiā)持(chí)反(fǎn)对(duì)意(yì)见(jiàn)，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(kě)见(jiàn)，科(kē)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细菌的研究，并呼吁各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，一旦它能逃避自然免疫机制，就可能带来不可控的生物安全威胁，这将对整个世界造成毁灭性的打击。

参考文献

[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(duì)称(chēng)性(xìng)破(pò)缺(quē)[J]. 北(běi)京(jīng)大(dà)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、穆罕默德·拉赫曼. 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：小小蒲公英

鸣谢：中国科学院分子细胞科学卓(zhuō)越(yuè)创(chuàng)新(xīn)中(zhōng)心(xīn)博(bó)士(shì)胡(hú)志(zhì)国(guó)为(wèi)本(běn)文提(tí)供(gōng)科(kē)学(xué)指(zhǐ)导(dǎo)

封(fēng)面(miàn)图(tú)源(yuán)：National Institute for Allergy and Infectious Diseases