38位科学家《科学》期刊联合发文：“镜像细菌”研究引发隐忧

12 月 11 日，镜像细菌国际顶级期刊《科学》（Science）刊发了一篇题为《应对“镜像生物”风险》的位科重要文章，深入探讨了研究和创造“镜像生命”微生物可能对地球生命构成的科学“前所未有的风险”。

这篇文章由来自全球 9 个国家的期刊 38 位顶尖科学家联合撰写，团队中包括两位诺贝尔奖获得者以及合成生物学、联合免疫学、发文植物病理学、研究引发隐忧生态学、镜像细菌进化生物学和行星科学领域的位科国际领军人物。文章还附带一份长达 300 页的科学详细技术报告，为分析提供了深入的期刊技术支持。

面对“镜像生物”的联合风险（来源：文献1）

阵势这么大，这个“镜像生命”是发文不是会造成极大的危害呢？这里先给大家宽宽心，这篇文章极具前瞻性，研究引发隐忧它旨在提醒业界研究“镜像生命”时要充分考虑其风险，镜像细菌而“镜像生命”目前离广大普通人的生活还远得很，不必因此担心。

那么，到底什么是“镜像生命”，它们又可能带来怎样的风险呢？这得先从“镜像分子”说起。

生命中的“镜像分子”

人的左右手，会在镜子中映出彼此的摸样，但又永远不可能重合在一起。一些跟生命密切相关的分子，也有这样的特性，根据其特性有左旋、右旋之分，这可能带给这些分子截然不同的功能。

镜像就是相互对称但不可重叠(来源:作者 AI 生成)

例如，在药物领域，左旋和右旋分子的手性差异可以决定一款药物的疗效甚至用途。

左旋多巴是一种治疗帕金森病的核心药物，因为它能被人体高效代谢为多巴胺，而右旋多巴则几乎无效；右美沙芬是一种止咳药，而它的左旋对映体却有镇痛作用，显示出完全不同的生理效果。还有就是氨氯地平，其左旋体不仅降压效果更强，副作用更少，而右旋体却能改善血管内皮功能，从而对心血管健康有保护作用。

这方面也有过惨痛的教训，来自一种曾被广泛使用的减轻妊娠反应的药物，名叫“沙利度胺”（商品名叫“反应停”）。

它的两种对映体中，一种可以帮助孕妇减轻妊娠反应，而另一种则会导致出现“海豹胎”畸形，当年由于对药物作用的认识不足，也缺乏检测和分离的手段，导致药物中同时含两种对映体，结果让很多服用沙利度胺的孕妇，生下了畸形宝宝。

图片截自文献9

药物的手性在不同环境中也会产生有趣的变化，麻黄碱在水溶液中表现为左旋，而在乙醇溶液中则变成右旋。虽然左旋和右旋分子的化学结构几乎相同，但在生物体内的表现可能截然不同，这也让手性成为药物开发中的重要研究方向。

在食物与营养领域，葡萄糖是我们日常饮食中最常见的糖类之一，它是右旋的，这种形式可以被人体吸收并作为能量来源。而它的镜像分子，左旋葡萄糖，虽然化学结构相同，但无法被人体代谢，因此仅能作为甜味剂添加到食品中。

镜像的葡萄糖分子和丙氨酸分子（来源：文献2）

乳酸也具有手性的多样性。左旋乳酸（L-乳酸）在人体中是重要的代谢产物，尤其在肌肉中产生，帮助提供能量。而右旋乳酸（D-乳酸）则在发酵食品中大量存在，如酸奶和泡菜，能够与人体共存，并且赋予这些食品独特的风味。

再往远了说一点，对部分农药来说，手性差异更是性命攸关……

了解了“镜像分子”，就可以聊聊什么是“镜像生命”了。

镜像生命是什么，危险在哪儿？

镜像生命是一种假设的生命形式，其分子结构是地球生命分子的镜像版本。镜像生命的分子手性与目前的地球生命完全相反，这一特性将对现有生物的免疫系统构成极大的挑战。

免疫系统依赖于手性分子之间的精确识别和相互作用，例如天然氨基酸和糖构成的抗原能够被免疫系统高效处理。然而，镜像蛋白和核酸由于其分子结构的手性完全颠倒，无法被现有的免疫机制有效分解。

例如，实验表明，镜像蛋白能够抵抗常规酶的降解，无法产生短肽片段供主要组织相容性复合体（MHC）呈递，这直接导致了抗原识别的障碍。此外，适应性免疫系统中的T细胞和B细胞需要依赖抗原信号启动，但面对镜像分子时，它们无法识别这些信号，进而阻碍了抗体生成和细胞免疫反应。

图片由AI生成

如果镜像微生物侵入人体或其他生物，由于免疫系统几乎完全无法识别其结构，它们可能绕过免疫防线并迅速在宿主体内扩散。

健康个体的免疫系统能够清除侵入的天然手性细菌，但镜像微生物却能够逃避包括先天性免疫（如补体系统）和适应性免疫的多种防御机制。

例如，镜像细菌不会激活补体系统中的经典途径或旁路途径，进而避免溶解或被标记吞噬。此外，许多抗菌肽因对手性高度敏感，无法与镜像微生物发生有效作用，进一步削弱了先天免疫的保护功能。

在这种情况下，镜像微生物的生存和繁殖可能对宿主造成严重损害。特别是在屏障组织如皮肤、肠道和呼吸道受损时，镜像微生物可能轻松跨越这些天然屏障并进入体内深层组织。一旦到达这些部位，镜像微生物将可能利用宿主体内的营养物质快速增殖。由于没有有效的免疫反应来控制感染，它们在体内的扩散可能引发致命性疾病。

《科学》的文章内容还表示，镜像微生物不仅对宿主个体的健康构成直接威胁，还可能在种群层面引发更广泛的感染扩散。由于其独特的免疫逃逸能力，一旦传播开来，镜像微生物可能成为生物防御领域中难以控制的重大风险。这种现象也突显了镜像生命研究在伦理、安全和治理方面的重要性生态系统的入侵和破坏。

当然，考虑到我们体内部分营养物质分子也是手性的，正如左手无法舒适地适应右手手套，镜像微生物可能无法正常利用这些营养物质，从这个角度来看，或许镜像微生物的繁殖速度会打折扣，但前面说的这些风险仍然不容忽视。

镜像生命，科学界现在做到哪了？

镜像生命由左旋核苷酸组成DNA，由右旋氨基酸组成蛋白质，这种生命形式在地球自然界中尚未发现，但可能通过合成生物学技术在实验室中实现。

首先是镜像生物分子的化学合成，在 2022 年，研究人员成功化学合成了一种约 100 千道尔顿（kDa）的镜像 T7 RNA 聚合酶。这种酶能够高效、准确地转录全长长达 2900 个碱基的镜像 5S、16S 和 23S 核糖体 RNA，这些 RNA 构成了镜像核糖体的结构，而催化核心镜像蛋白质的合成也取得了突破。

有了镜像 RNA 和核糖体，就该合成蛋白质了。

免疫原性是蛋白质治疗领域的主要挑战之一，尤其是长期使用蛋白质治疗药物会导致抗药抗体（ADAs）的生成，从而降低药物疗效并引发不良反应。

解决这一问题的一种有前景的方法是使用由 D-型氨基酸组成的镜像蛋白，这类蛋白对免疫细胞中的蛋白酶降解具有抗性。最近有研究表明，抗体重链可变区的对映体形式（d-VHH）的化学合成，这种新型 d-VHH 筛选平台在开发具有低免疫原性和更高疗效的蛋白质治疗剂中的潜在应用价值。

既然可以合成镜像的 RNA、蛋白质等生命分子，合成镜像细胞还会远吗？当前的合成生物学项目正在尝试从非生命物质中构建完全人工的细胞，科学家们正在尝试使用镜像分子（如镜像 DNA、蛋白质和脂质）组装完整的合成细胞。

此外，有研究正试图改造天然细菌，使其能够在体内生成镜像分子，作为逐步转变为镜像生命的过渡阶段。镜像生命的核心障碍在于合成复杂分子系统和解决高成本问题。

总结

镜像生命的研究无疑揭开了科学前沿的一角，但它也带来了巨大的伦理、安全与生态挑战。这项研究从分子基础到系统构建的进展，展现了人类对未知生命形式的探索热情，同时也提醒科学家们谨慎行事。

这种探索既可能为医学、生物技术等领域带来革命性突破，也可能因技术滥用或疏忽而引发不可预见的风险。正如《科学》文章中所呼吁的，我们应在开放研究的同时，建立健全的监管框架，确保科学进步与社会安全的平衡。

镜像生命，或许是一个潘多拉魔盒，但掌控开盒之匙的关键，仍在于科学家和全社会的共同智慧与理性思考。

好消息是，镜像生命在短期内并不会成为威胁，因为目前的技术仍然不足以构建完整的镜像生命，既然科学界已经早早意识到了可能的风险，在真正实现镜像生命技术之前（可能需要 10~30 年），我们来得及做好充分准备。 

参考文献

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[5]Harrison, Katriona, et al. "Synthesis and applications of mirror-image proteins." Nature Reviews Chemistry 7.6 (2023): 383-404.

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[9]   章伟光,张仕林,郭栋,等.关注手性药物:从"反应停事件"说起[J].大学化学, 2019, 34(9):12.DOI:CNKI:SUN:DXHX.0.2019-09-001.

策划制作

作者丨Denovo 科普作者

审核丨胡启文 陆军军医大学基础医学院微生物学教研室副教授

策划丨丁崝

责编丨丁崝

审校丨徐来、林林

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