镜像分子生物学研究是否应被叫停？未来潘多拉魔盒还是科学宝库？

图注：镜像生物学世界蕴含着近乎无限可能：从生物学结构、功能到生命本身，无论利弊，理论上均可在镜像版本中重现。

编者按：
2024年12月，美国《科学》杂志发表政策文章《对抗镜像生命的风险》（Confronting risks of mirror life. Science 386, 1351–1353, 2024）[2]。该文 38 位作者中，包括两位诺贝尔奖得主、16位各国科学院院士，以及美国政府科技官员、兰德公司研究人员。文章呼吁各国通过限制经费支持等方式暂停镜像生命及部分相关技术的研究，直至其安全性通过验证后再恢复。该文一经发表便引发广泛关注，《纽约时报》《科学美国人》等主流媒体纷纷跟进报道，并将其渲染为可能造成严重破坏（could wreak havoc）的研究[25, 26]。好莱坞甚至还以此为题材，拍摄了一部僵尸恐怖片《镜像生命：当代僵尸》（Mirror life: modern zombies）[27]。

此后，包括其他多位诺贝尔奖得主及各国科学院院士在内的多国科学家，陆续对该文提出诸多质疑[19–22, 28–31]，例如：为何该文作者中缺乏镜像分子生物学领域研究者？当前技术水平距离实现人工合成镜像生命还有多遥远？是否过度夸大了镜像生命的风险？是否忽视了该领域的众多益处？是否值得动用大量社会资源防控如此遥远的潜在风险？仅凭假想中的远期风险便“预防性地”对当前研究出台暂停禁令是否合理？是否会树立任何主体均能以此为由叫停非本领域研究的先例？

2025年3月，兰德公司发布报告，指出中国已处于镜像生物学研究的世界领先地位（world leader in mirror biology research），并敦促美国确立主导权（establish U.S. leadership）[32]。在此后美国科学院、工程院、医学院举办的专题会议上，美国政府科技官员特别提及西湖大学正在开展的合成镜像核糖体研究，称其虽存在遥远的潜在风险，但也有望为生物医药产业带来颠覆性变革（work wonders for the biomedical industry），并将其视作大国竞争中的一项宏大科学挑战（national challenge, grand challenge）[30]。

2025年9月，英国《自然》杂志邀请镜像分子生物学领域开创者之一、西湖大学朱听教授，发表评述《未知之镜：镜像分子生物学研究是否应被叫停？》（Mirror of the unknown: should research on mirror-image molecular biology be stopped? Nature 645, 588–591, 2025）。该评述提出，与其因担忧遥远的潜在风险而叫停当前研究，不如在前沿创新与伦理安全之间寻找有机平衡，发掘技术突破的巨大潜力，拥抱镜像生物学世界的无限可能。本文为该评述的中译文。

撰文｜朱听‍

2025年9月，来自合成生物学、微生物学及其他相关领域的专家齐聚英国曼彻斯特，共同探讨人工合成生命的潜在益处与风险。会议的核心议题之一是如何限制镜像分子生物学研究，以防范人工合成镜像生命可能带来的潜在风险。会后，美国科学院、工程院、医学院及其他机构还将主办多场专题会议，围绕该议题展开进一步讨论。

地球上已知生命的绝大多数生物分子都具有特定的手性（chirality），其中氨基酸为左旋，DNA为右旋。而假想中的镜像细菌及其他镜像生物体，则完全由相反手性的分子组成，如右旋氨基酸和左旋DNA，有观点担忧其或将对已知生命构成潜在风险[1–3, 16, 17]。例如，某些镜像生物体可能逃逸免疫系统识别、抵抗药物杀伤、避开自然界天敌捕食，进而对人类、动植物乃至生态系统造成潜在危害[2, 3]。

毋庸置疑，科学界应承诺不合成任何手性构型的、可能危害人类健康或自然环境的分子与生物体。在镜像分子生物学的起步阶段，鼓励公众参与该领域的伦理讨论，对保障研究始终沿着审慎尽责、符合伦理的轨道推进具有重要的建设性意义。然而，面对领域内的诸多未知与遥远的潜在风险，科学界在制定防范措施时，须审慎而行。

镜像生物学世界的概念由来已久，1860年由法国化学家、微生物学家路易・巴斯德（Louis Pasteur）首次提出[4]。围绕人工合成镜像生命的潜在利弊，科学界已讨论了三十余年[1–3, 16, 17]。但近几个月来，讨论焦点骤然转向，出现了对相关基础研究及其经费支持实施严格限制的呼吁[2, 18]。

目前，关于人工合成镜像生命何时能实现，该领域及相关技术存在哪些潜在益处与风险，是否应出台暂停禁令，以及若实施暂停需具体限制哪些方向等问题，各方仍存在广泛争议[19–22]。

鉴于该领域当前仍存在大量悬而未决的问题，科学界应立足现有事实，客观研判人工合成镜像生命所需的技术条件，以及镜像分子生物学研究的潜在利弊，这对于弥合分歧、推动理性讨论至关重要。

01 遥远未来

2024年12月，近40位来自合成生物学、生态学及免疫学等领域的专家在美国《科学》杂志上联合发表了一篇政策文章[2]，并在线发布了一份长达299页的技术报告[3]。两份文件指出，若实现人工合成镜像生命，可能对人类、动植物及生态系统构成前所未有的风险（pose unprecedented risks）。此后，英国、美国、法国与荷兰等地相继召开多次专题会议。

然而，当前技术水平距离实现人工合成镜像生命还有多遥远？

近三十年来，包括药企在内的全球数十个研究团队，一直致力于镜像蛋白质、DNA和RNA的合成与研究，以揭示基础生物学机制并推动药物研发[5–14]。我们团队也在探索各类镜像分子生物学过程，包括镜像DNA的复制、镜像DNA到镜像RNA的转录、镜像RNA到镜像蛋白质的翻译，即镜像版本的分子生物学中心法则[7–11]。

目前，镜像分子生物学研究尚处于起步阶段，对这一未知领域的探索充满挑战[5–14]，而人工合成镜像生命更面临难以逾越的理论与技术障碍。

细胞内含有成百上千种组分，如蛋白质、核酸、细胞膜、代谢物，以及聚糖等复杂碳水化合物。若要构建镜像细胞，研究者需通过化学或酶促方法合成这些组分的镜像版本。这些组分中，仅少数由DNA直接编码，大多数需依赖复杂的生物学过程合成或修饰，因此其组成与结构无法直接由DNA序列推导，且许多组分至今仍未被系统鉴定。

我们团队历时近四年，才通过化学方法合成出一个约470个氨基酸的镜像蛋白质片段[9]，这是目前已报道的最长全化学合成单链镜像多肽。而合成更长的镜像多肽，以及富含疏水结构域的镜像膜蛋白，将面临更大挑战。

自2016年起，我们团队一直在尝试化学合成一个高度简化的镜像核糖体，但目前距离实现这一目标仍需多年。即便最终取得成功，该镜像核糖体仍缺乏蛋白质和RNA的修饰，且不具备配套的氨酰-tRNA合成酶[8, 11]，因此仅能合成短肽或300个氨基酸以内的小型蛋白质[8]。

即便以结构最简单的细菌为模型人工合成镜像生命，构成它的镜像分子仍需正确折叠，并在时空上精准组装，才能形成功能复杂、可自主复制的镜像细菌。

目前已有多个实验室构建出非生命的膜结构[3]，并可在该结构内实现天然手性DNA和RNA的合成，以及RNA到蛋白质的翻译。尽管天然手性核糖体等元件的提纯技术数十年前便已成熟，但迄今为止，尚无实验室能借助这类元件在体外合成出构建细胞所需的全部组分。

科学家至今仍无法利用生物来源的天然手性元件，组装出可自主复制的天然手性细胞，更无法通过化学方法人工合成镜像细胞。尽管有研究者提出将天然手性细胞逐步改造为镜像细胞的思路[2, 3]，但目前尚无法验证该思路的技术可行性。

由此可见，明确区分镜像分子生物学与镜像生命至关重要。与当前技术所能合成的生物分子系统相比，可自主复制的细胞在分子多样性、代谢复杂度与结构精巧度上，仍存在多个数量级的差距。

因此，人工合成镜像生命远非当前技术水平所能企及。

02 无限可能

镜像生物学世界蕴含着近乎无限可能：从生物学结构、功能到生命本身，无论利弊，理论上均可在镜像版本中重现。科学界在审视人工合成镜像生命这类遥远的潜在风险时，也应关注当前镜像分子生物学研究带来的众多益处与广泛应用[5–14]。

镜像多肽与镜像核酸药物进入动物或人体后，相较天然手性分子药物，引发的免疫反应更轻微[13]。同时，此类药物耐天然手性生物降解，单次给药后可在体内维持更久的作用时间，这对药物研发具有深远意义。

目前已有数十种针对癌症、代谢性疾病、感染性疾病与炎症性疾病的镜像多肽、DNA和RNA候选药物处于研发中[10, 13]。而镜像核糖体有望实现镜像多肽的高通量合成，进而大幅加快此类药物的研发进程[8, 11]。

镜像分子的其他潜在应用不胜枚举，尤其是在医学和可持续发展领域。例如，镜像葡萄糖与天然手性葡萄糖甜度相当，却无法被天然手性酶代谢，因此不会为人体提供热量[15]。这意味着镜像葡萄糖及其他镜像糖类，有望作为无热量的甜味剂或食品添加剂使用。

镜像DNA与天然手性DNA具有相同的信息存储能力，却耐天然手性生物降解，且易与环境污染物中的天然手性DNA相区分，因此有望成为稳定、可靠的信息存储载体[9]。

基于镜像蛋白质的纳米粒子或纳米胶囊，可保护药物免于被免疫系统清除，以实现药物的安全递送。经设计的镜像DNA与RNA，可用于检测凝血酶[10]、鸟嘌呤[11]等人体蛋白质及代谢产物，有望作为生物传感器应用于临床诊断。

能够降解非手性塑料的镜像酶，其降解活性与天然手性酶相当，却耐天然手性生物降解，有望为治理塑料污染提供全新解决方案[12]。不仅如此，具有固碳能力的镜像酶，也有望用于应对气候变化。

除能解决各类实际问题外，镜像分子生物学的基础研究还有助于揭示生物分子的结构与功能，探究生命及其单一手性起源的奥秘[11]，并寻找地球与地外环境中的新生命形态。

镜像蛋白质与镜像核酸凭借良好的生物稳定性，以及在人体与其他生物体内的低免疫原性，在诸多领域展现出广阔的应用潜力，但同一特性也使某些镜像生物体可能造成潜在危害[1–3, 16, 17]。

此类潜在风险值得审慎评估，但目前仍存在大量悬而未决的科学问题。例如，完整的镜像细菌须含有镜像聚糖，而在已知生命中，聚糖的手性均一性远低于蛋白质、DNA和RNA。这意味着与单一镜像分子相比，镜像细菌可能在人体与其他生物体内引发更强的免疫反应[22]。

此外，在评估镜像分子生物学的潜在风险时，科学界需关注的范畴并非局限于镜像生命。具有毒性、致病性，或因过度使用而成为环境污染物的镜像分子，同样可能带来潜在风险。

03 镜像之路

好比在电气时代来临之前就禁用交流电，或在重组胰岛素问世之前就禁用分子克隆，倘若因担忧假想中的远期风险，便“预防性地”对当前研究出台暂停禁令，无异于杞人忧天。面对镜像分子生物学领域的诸多未知及遥远的潜在风险，部分合成生物学与生物安全领域专家提醒，若草率地通过限制经费支持等方式叫停该领域的基础研究，同样是因噎废食[19]。

以上观点应能获得广泛认同。事实上，倘若仅为防范人工合成镜像生命这类遥远的潜在风险，便“预防性地”叫停当前研究，那么依此逻辑，针对生物学、化学、物理学、计算科学等学科中那些同样遥远的潜在风险，是否也应逐一出台“预防性”暂停禁令？

为科学研究划定伦理边界，更为合理的途径是开展全面的跨学科评估，统筹应对相关领域的短期挑战与长期风险。例如，各类合成生物学系统中已广泛应用多种非天然氨基酸与核苷酸，而镜像分子仅为其中一类。针对任何手性构型的全化学合成或半合成分子、工程改造生物体的研究，科学界应制定统一、全面的跨学科指导规范[17]。

受蛋白质设计领域的“负责任AI与生物设计”倡议启发[23]，笔者与十余位研究者共同提出合成生物学与镜像分子生物学领域的伦理准则，承诺不合成任何手性构型的、可能危害人类健康或自然环境的分子与生物体[24]。

在法律与监管层面，更为务实的途径是采用适应性治理模式，即随着知识积累与技术迭代，持续更新风险评估与防控政策。在该治理模式下，首次利用生物来源的元件组装出可自主复制的天然手性细胞这一技术突破，可作为启动监管的关键节点。

在实现这一突破后，科学界仍有充足的时间窗口制定政策法规，以防范人工合成镜像生命可能带来的潜在风险。毕竟，通过化学方法人工合成镜像细胞，远比利用生物来源的元件组装天然手性细胞难度更高。将这一突破设为启动监管的关键节点，还有利于科学界持续积累镜像分子生物学的技术知识，进而推动建立更完善的政策法规。

此类技术知识的积累，还包括监测和应对工具的研发与优化，例如可用于检测和降解环境中镜像分子与生物体的镜像酶[9, 14]。

04 探索未知

长期以来，“未知”一词始终被视作无知与风险的代名词。作为智慧生物，人类本能地畏惧自身无法理解与掌控的事物。但“未知”也同样促使我们以谦逊的态度探寻证据，并对一切可能性保持开放。其中一种值得探索的可能性是，镜像生命是否本就存在于自然界中？

面对叫停镜像分子生物学研究的急切呼吁[18]，科学界应坚持理性思辨，切勿让担忧与焦虑干扰对深层未知的客观判断。

科学探索并非直达真理的胜利征程，其道路往往漫长而艰辛，交织着求索与试错、未知与风险、争议与质疑。但凭借理性对话与客观分析，科学界终将开辟出一条审慎尽责、开放包容、永无止境的探索之路。

因未知世界浩瀚无穷。

原文引用：Mirror of the unknown: should research on mirror-image molecular biology be stopped?

Zhu, T. Nature 645, 588–591 (2025).

doi: https://doi.org/10.1038/d41586-025-02912-0

参考文献：

• [1] Brewster, J. H. & Laskowski, M. Jr Science 258, 1289; author reply 1290 (1992).
• [2] Adamala, K. P. et al. Science 386, 1351–1353 (2024).
• [3] Adamala, K. P. et al. Technical Report on Mirror Bacteria: Feasibility and Risks. Stanford Digital Repository (2024). https://doi.org/10.25740/cv716pj4036
• [4] Pasteur, L. Researches on the Molecular Asymmetry of Natural Organic Products (1860). Alembic Club Reprint No. 14 (Alembic Club, 1905).
• [5] Milton, R. C., Milton, S. C. & Kent, S. B. Science 256, 1445–1448 (1992).
• [6] Zawadzke, L. E. & Berg, J. M. J. Am. Chem. Soc. 114, 4002–4003 (1992).
• [7] Wang, Z., Xu, W., Liu, L. & Zhu, T. F. Nature Chem. 8, 698–704 (2016).
• [8] Chen, J., Chen, M. & Zhu, T. F. Chem 7, 786–798 (2021).
• [9] Fan, C., Deng, Q. & Zhu, T. F. Nature Biotechnol. 39, 1548–1555 (2021).
• [10] Chen, J., Chen, M. & Zhu, T. F. Nature Biotechnol. 40, 1601–1609 (2022).
• [11] Xu, Y. & Zhu, T. F. Science 378, 405–412 (2022).
• [12] Guo, C., Zhang, L.-Q. & Jiang, W. Chem 9, 363–376 (2023).
• [13] Harrison, K., Mackay, A. S., Kambanis, L., Maxwell, J. W. C. & Payne, R. J. Nature Rev. Chem. 7, 383–404 (2023).
• [14] Zhang, G. & Zhu, T. F. Nature Chem. 16, 592–598 (2024).
• [15] Dubovski, N., Ben Shoshan-Galeczki, Y., Malach, E. & Niv, M. Y. Food Chem. 373, 131393 (2022).
• [16] https://www.wired.com/2010/11/ff-mirrorlife/
• [17] https://www.cell.com/news-do/50-inspiring-scientists-ting-zhu
• [18] https://www.ft.com/content/f6c8030b-8d57-494f-8bec-efe6b4cf30ea
• [19] https://www.science.org/content/article/leading-scientists-urge-ban-developing-mirror-image-bacteria
• [20] https://edition.cnn.com/2024/12/16/science/mirror-bacteria-research-risks
• [21] eLetter by Perrin,D. https://www.science.org/doi/10.1126/science.ads9158
• [22] eLetter by Derda,R. et al. https://www.science.org/doi/10.1126/science.ads9158
• [23] https://responsiblebiodesign.ai/
• [24] https://responsiblesynbio.org/
• [25] https://www.nytimes.com/2024/12/12/science/mirror-life-microbes-research.html
• [26] https://www.scientificamerican.com/article/creating-mirror-life-could-be-disastrous-scientists-warn/
• [27] https://mirrorlifefilm.com/
• [28]https://www.lexpress.fr/sciences-sante/sciences/les-bacteries-miroir-revolution-scientifique-ou-menace-inedite-pour-lhumanite-B4QH5QFNPFA5HAKIHDQFYIJ5BQ/
• [29]Peplow, M. Nature (2025). https://www.nature.com/articles/d41586-025-02902-2
• [30] https://www.nationalacademies.org/projects/DELS-BLS-25-03/event/45325
• [31]Fujiwara, K. et al. Biophys. Physicobiol. (2026). https://doi.org/10.2142/biophysico.bppb-v23.0008
• [32] https://www.rand.org/content/dam/rand/pubs/perspectives/PEA3400/PEA3436-1/RAND_PEA3436-1.pdf