Science：呼吁全球禁止镜像生命的研究

　　来源：动脉生物制造

　　信源：MedSci梅斯

　　发布时间：12月17日

　　动脉生物制造——今日关注

　　一个由诺贝尔奖获得者和其他专家组成的国际小组警告称，对“镜像生命(mirror life)”微生物的研究和创造可能给地球生命带来“前所未有的风险”。

　　12月11日，国际顶级期刊Science刊载了由这个研究小组撰写的题为《面对“镜像生物”的风险》的文章。文章称，尽管人类可能至少还需要10年的时间才能创造出真正的镜像生命，但这项研究可能导致“前所未有且不可逆”的危害，建议不允许进行以创造镜像细菌为目标的研究，并且资助者要明确表示他们不会支持此类工作。

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　　一、什么是镜像生命？

　　许多生命分子可以以两种不同的形式存在，每种形式都是另一种的镜像。目前地球上所有生物体的 DNA和RNA 都是由右旋核苷酸组成的，构成生命的蛋白质则由左旋氨基酸组成，而左旋核苷酸和右旋氨基酸就是这两种物质的镜像分子形式。（为了想象这一点，用你的右手竖起大拇指；你的大拇指是垂直轴，你弯曲的手指代表螺旋的方向。）

　　为什么会出现这种情况，这仍是一个科学争论的问题。但这种所谓的同手性是地球上的自然状态——它已经让我们走到了今天。

　　然而，人类无限的傲慢中却蕴藏着挑战这一秩序的能力。如果我们用左手 DNA 和右手蛋白质制造镜像生物，会发生什么？

　　目前，科学家们已经制造出大型、功能齐全的镜像分子，以便对其进行更深入的研究。尽管用镜像分子构建整个生物体超出了当今的技术水平，但有些人已经在构建镜像微生物方面迈出了一小步。

　　该专家组包括上世纪 90 年代领导私人人类基因组测序工作的美国科学家克雷格·文特尔博士，诺贝尔奖获得者、剑桥大学教授格雷戈里·温特和芝加哥大学教授杰克·绍斯塔克。专家们在文章中警告称，镜像细菌（由人工制造的镜像分子构成）可能会在环境中定居并突破自然生物的免疫防御，使人类、动物和植物面临致命感染的风险。

　　实际上，在化学药物中，早有映像体药物（手性分子），即左旋和右旋，虽然分子结构几乎一样，但是作用却完全不同! 目前世界上使用的药物总数约为1900种，手性药物占50%以上，在临床常用的200种药物中，手性药物多达114种。

　　例如L-葡萄糖，标准葡萄糖的对映体，测试表明其味道与标准糖相似，但代谢方式不同。最近的研究表明，L-葡萄糖可以廉价生产，产量高，但作者指出，由于其具有通便作用，因此不能用作甜味剂。如氧氟沙星，其中起作用的主要是左氧氟沙星，佐匹克隆是治疗失眠的药物，实际上起作用的主要是右佐匹克隆，还如治疗神经系统帕金森病的药物—左旋多巴，左亚叶酸钙，左西替利嗪。

　　二、镜像生命从什么时间开始研究的？

　　根据文献，镜像生命的研究其实已经很多年了。最早可以追溯到路易斯·巴斯德，首次讨论了镜像生命的可能性。

　　镜像人的诞生是阿瑟·克拉克1950 年短篇小说《技术失误》的基础。在这个故事中，一场物理事故将一个人变成了他的镜像，据推测这可以通过穿越第四个物理维度来解释。在詹姆斯·布利什1970 年创作的《星际迷航》小说《斯波克必须死！》中，美国企业号航空母舰的科学官因一次传送器故障而被复制成镜像。他将自己锁在医务室里，在那里他能够合成生存所需的基本营养素的镜像形式。罗杰·泽拉兹尼 1976 年的小说《沙中之门》的核心内容是一台能逆转手性的外星机器，以及一种只有在一种手性下才能正常运作的血液共生体。在谢里·S·泰珀1989 年的小说《草》中提到的星球上，一些生命形式已经进化到使用右旋丙氨酸异构体。在《质量效应》系列中，食物中氨基酸的手性经常在对话和百科全书中被讨论。在詹姆斯·S·科里( James SA Corey) 2014 年的科幻小说《Cibola Burn》中，伊鲁斯星球上有具有部分镜像手性的土著生命。这使得人类殖民者无法消化当地的动植物，并极大地复杂化了传统农业。因此，殖民者不得不依靠水培农业和食物进口。2017 年丹尼尔·苏亚雷斯的小说《变革推动者》中，反派奥托绰号“镜子人”，他是一个基因改造的镜子人。他鄙视其他人类，他的存在让他们感到莫名的厌恶。可见，在小说中，镜像人早已不新鲜。

　　但是，随着合成生物学的进展，如2002 年以来合成病毒、 2010 年合成部分细菌或2013 年合成核糖体，可能使从小分子完全合成活细胞成为可能，我们可以使用生命构建块分子的镜像版本（对映体）代替标准分子。一些蛋白质已以镜像版本合成，包括2016 年的聚合酶。可以通过用右手性氨基酸替代左手性氨基酸，利用其细胞成分的镜像（手性）反射，以镜像形式重建常规生命体，从而创建所有常规蛋白质的镜像。类似地，可以创建反射糖、DNA 等，反射酶可以完美地作用于它们。最后，可以有一个正常运作的自然生物的镜像——手性对应生物，甚至创造全新的生态系统的可能性。2010年Bohannon, John在《连线》 杂志上发文称，镜像生命可能会破坏整个生命系统。

　　最近两年，随着人工智能合成蛋白质，DNA技术的出现，镜像生命的危险一下子被提升了几个数量级。人工智能极有可能创造出真正的镜像生命。

　　三、支持镜像生命研究的观点

　　支持进行这项研究的人认为，这种镜像细胞可能具有令人难以置信的医学应用。科学家已经制造出镜像蛋白，并发现它们比天然蛋白更具弹性，因为用于分解它们的酶无法与它们结合。这可能是治疗慢性病的突破，因为许多治疗药物分解得太快，如果不服用更多药物，就无法产生持久的效果。

　　不过，专家们认为，诸如镜像核酸和蛋白质的化学合成等具有科学和潜在治疗应用的研究，不应该受到新的限制，这些研究对基础科学具有重要价值，应该继续进行。专家们还呼吁开展研究，以更好地了解和应对镜像细菌的风险。此类研究可能包括镜像生物分子与免疫系统的相互作用，以及开发检测方法和生活检测系统。专家强调，任何关于对策的研究都必须在开放的国际环境中进行。

　　四、反对镜像生命的观点：镜像生命是潘多拉魔盒

　　但问题是，镜像生物在与自然细胞互动时可能会做出不可预测的行为。我们根本不知道当镜像生物与我们的生命发生冲突时会发生什么。在缺乏信息的情况下，你只能做最坏的打算。

　　例如，如果实验性镜像细菌被意外释放到这个世界，会怎么样？我们的生物体将不知道该如何应对这些合成生物。它们可以绕过我们的免疫系统的检测，轻易感染宿主，并传播致命的流行病。这种风险也适用于所有生命形式——不仅仅是人类。

　　为了加深这一认识，想想入侵物种如何彻底消灭本土物种。现在，如果用与地球上所有生物完全不同的生物来增强这种致命优势，我们可能就没有任何机会了。

　　“除非有令人信服的证据表明镜像生命不会造成特别大的危险，否则我们认为不应创造镜像细菌和其他镜像生物，即使是那些经过工程生物防护措施的镜像细菌和生物，”报告作者在《科学》杂志上发表的一封附信中写道。“因此，我们建议不允许以创造镜像细菌为目标的研究，资助者也应明确表示他们不会支持此类工作。”

　　美国匹兹堡大学进化生物学家沃恩·库珀教授在接受英国《卫报》采访时表示：“我们谈论的威胁是前所未有的。镜像细菌可能会逃避人类、动物和植物的免疫系统反应，并且会导致致命的感染，并不受控制地蔓延。”

　　除了引起致命感染之外，研究人员还怀疑这些微生物能否被天然竞争对手和捕食者安全控制或抑制。现有的抗生素也不太可能有效。

　　五、如何规范镜像生命的研究？

　　明尼苏达大学合成生物学家、该报告的共同作者凯特·阿达玛拉博士原本致力于镜像细胞的研究，但在详细研究了相关风险后，去年改变了策略。

　　“我们不应该创造镜像生命，”她对《卫报》表示，“我们有时间进行对话。这就是我们写这篇论文的目的，开启一场全球对话。”

　　Nature 中的文章写道：“除非有令人信服的证据表明镜像生命不会带来极大的危险，否则我们认为不应创造镜像细菌和其他镜像生物，即使是那些具有工程生物防护措施的镜像细菌和镜像生物。”

　　“因此，我们建议不允许进行以创造镜像细菌为目标的研究，并且资助者应明确表示他们不会支持此类工作。”同时，专家们建议对部分支持技术进行管理，以确保任何试图创造镜像细菌的人将继续受到多个科学挑战、被昂贵且耗时的步骤阻碍。

　　伦敦帝国理工学院的保罗·弗里蒙特教授没有参与该报告，他称其为“负责任的研究和创新的绝佳典范”。他说：“虽然作者明确指出需要对镜像生物的发展进行公开透明的辩论，但也需要确定镜像化学在生物系统中的前景和积极用途，尽管这种做法有限，而且未来可能受到监管。”

　　资料来源：

　　https://www.medsci.cn/article/show_article.do?id=c22385569006