文章讨论了由诺贝尔奖获得者和其他专家组成的国际小组在《Science》杂志上发表的关于镜像生命的研究。镜像生命的研究和创造可能对地球生命带来前所未有的风险。文章介绍了镜像生命的概念、手性物质的重要性、镜像生命的研究进展以及镜像生命对地球生命的潜在威胁。同时，也探讨了区分镜像生命的良性用途与潜在危险的必要性，以及科学家对于潜在风险和伦理挑战的担忧。
镜像生命的分子结构是地球生命分子的镜像版本，其分子手性与目前的地球生命完全相反，对地球生命的免疫系统构成极大的挑战。
手性分子的不对称催化合成是药物研发的重要领域，理解和利用同手性原理有助于设计更安全、更有效的药物。
镜像细菌（病毒）一旦能够自我复制，可能变成具有广泛宿主范围的严重病原体，对全球健康构成重大威胁。
“地球生命面临前所未有的危机。”
一个由诺贝尔奖获得者和其他专家组成的国际小组在Science杂志上发表文章《Confronting risks of mirror life》，称对“镜像生命”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”。
镜像生命存在严重的危险，主要是因为它有可能与自然世界发生不可预测的相互作用。by:SciTechDaily.com
这个研发小组是一个具有国际影响力的团队，由来自九个国家的 38 名科学家组成，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 Craig Venter、诺贝尔奖获得者、剑桥大学教授 Greg Winter、芝加哥大学教授 Jack Szostak 等。他们联合发声就是为了让大家意识到，镜像生命（细菌）可能带来的风险。
文章中表示，创造镜像生命的能力可能至少还需要十年，并且需要大量投资和重大技术进步，但我们依旧需要在风险发生之前考虑并预防风险。专家们如此紧张的镜像生命究竟是什么？它为何成为威胁全人类生命的存在？以下，Enjoy：
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什么是镜像生命？
想要理解镜像生命，绕不开的核心概念便是“手性”。地球生命是一个十分神奇的存在，所有已知的生命都是同手性的。这么说，可能还是比较难理解。许多生命分子是以两种不同的形式存在，每种形式都是另一种的镜像，譬如 DNA、RNA 是由右旋核苷酸组成的，蛋白质由左旋氨基酸组成。
而这两种物质呈现的镜像分子形式，也在生命体系中呈现出一致的手性特征。就像人的左右手，像是镜子映出了彼此的模样，但又永远不可能重合在一起。
关于镜像生命的研究由来已久。早在1848年，毕业于法国巴黎大学的路易斯·巴斯德（Louis Pasteur）发现了镜像化合物。“这两个四面体是对称的，但它们不能重合，它们的关系就像实物与镜子中的映像。”巴斯德在期刊 Annales de Chimie写了他的发现。
他发现了一些特定分子以镜像形式存在，并提出了分子手性概念。“手性”一词源于希腊语中的“chéri”或“hand”，指的是手性物质和其镜像不能相互重合，类似人的左手和右手。
可是直到1874年，分子手性才有了科学解释，科学家也渐渐意识到手性是药物分子发挥功效的重要特征。
时间快进到21世纪，手性物质尤其是手性药物，为改善人类健康发挥越来越重要作用。“手性分子的不对称催化合成”这一领域先后在2001年和2021年两获诺贝尔奖，这足以彰显了该领域的重要性。
在生物学中，相同分子的镜像可能表现出截然不同的效果和功能。
尤其在医药领域，手性分子影响深远，对于维持生物分子的正常结构和功能至关重要。例如，在药物研发中，药物分子的手性可能会影响其与靶点的结合特异性和有效性，以及药物在体内的代谢过程和副作用。手性药物的不同对映体可能具有截然不同的药理活性、药代动力学性质和毒性。理解和利用同手性原理有助于设计更安全、更有效的药物，提高药物治疗的精准性，同时也有助于深入研究生物分子在疾病发生发展过程中的作用机制，为疾病的诊断、治疗和预防提供新的思路和方法。
有趣的是，当药物有了左右之分以后，治疗效果可能会有很大区别。譬如用于降压的经典药物氨氯地平与左旋氨氯地平，因左旋氨氯地平剔除了右旋带来不良反应的成分，安全性更高，且左氨氯地平的降压效果是氨氯地平的2倍。而用于治疗失眠的右佐匹克隆对苯二氮䓬受体的亲和力是左旋佐匹克隆的50倍，吸收更快，起效更快。
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。
近几年，随着合成生物学的发展，科学家们的研究就不局限在医药领域，开始利用手性分子特性（即左旋和右旋）合成病毒和合成核糖体，甚至开始以镜像形式重建常规生命体。如今，人工智能合成蛋白质、DNA技术的出现，一个正常运作、与生命体一一对应生物的镜像生命可能真的不远了。因此，38 位科学家包括两位诺贝尔奖获得者在《科学》期刊联合发文，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“前所未有的风险”。
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镜像生命真的会严重威胁地球生命的安危吗？
镜像生命的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。
坦白讲，创造一个镜像生物，即使像细菌这样简单的镜像生物，也将是一项比以往任何生物工程成就都复杂得多的壮举。可是，近几年关键技术的发展，驱动着科学家们越来越能够合成复杂的镜像生物分子。尤其是，研究人员在从非生物部件构建（天然手性的）合成细胞方面正迅速取得突破进展。
那么，当前的镜像生命进化到哪里了？2022年，研究人员实现了镜像生物分子的化学合成，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。
镜像蛋白质的合成，为何会对人体的免疫系统构成威胁？因为一旦开发出一种能够完全用合成 DNA、合成蛋白质构建天然手性细菌的方法，并且这些组件的镜像版本也能被合成，那么就可以用同样的方式构建出活的镜像细菌。
这也是科学家所担心的问题。38 位科学家联合发表的文章中写明：经分析发现，镜像细菌可能会逃避由手性分子介导的许多免疫机制，从而可能导致人类、动物和植物的致命感染。它们可能逃避天然手性噬菌体和许多其他捕食者的捕食，从而促进在环境中的传播。“我们不能排除镜像细菌在许多生态系统中充当入侵物种的情况，在包括人类在内的大部分动植物物种中造成普遍的致命感染。即使是宿主范围较窄且只能入侵有限生态系统的镜像细菌，也可能造成前所未有的不可逆转的伤害。”
38 位科学家经过实验发现，镜像蛋白质难以裂解成用于抗原呈递的肽段，无法触发重要的适应性免疫反应，如抗体的产生。因此，他们担心许多脊椎动物针对镜像细菌的免疫系统功能会严重受损，无脊椎动物和植物的免疫系统研究较少，但似乎也存在类似的局限性。
同时，鉴于镜像细菌有很强的免疫逃避潜力，它们可能不需要特定宿主因子就能侵入宿主并引发感染。在动物（包括人类）体内，由于日常损伤和内在的渗透性，细菌经常会穿过皮肤、口腔、肠道、肺部和其他黏膜表面的屏障，镜像细菌预计也会如此。
在健康动物体内，天然手性细菌通常会被免疫防御清除。然而，如果针对镜像细菌的免疫反应严重受损，镜像细菌可能会在宿主体内复制并引发感染。镜像细菌在体内组织中不受控制地复制，很可能对宿主生物体有害，甚至可能致命。
这意味着，常见的抗生素面对镜像生命（细菌）也可能失效，人体的消化酶也可能无法分解和抑制镜像“细菌”。“总体而言，我们担心镜像细菌可能成为具有异常广泛宿主范围的严重病原体。”
真正令人担忧的是，人们知道存在风险，但都很清楚目前还没有迫在眉睫的风险。因为我们还未真正构建过真正像镜像细菌一样复杂的东西，仍然需要新技术才能以足够有效的方式做到这一点。
反而我们现在正处于合成生物学的一个非常激动人心的时期，新技术、化学合成和最小细胞开发正在迅速发展，这就是为什么我们认为现在是真正进行讨论的好时机。
首先，区分镜像寿命和镜像技术的良性用途非常重要。要让大家明白，镜像药物目前正在开发中，包括我们的实验室。因为这些是化学制造的，所以它们不会造成任何危险。此外，镜像生命研究也可以在生物传感器、生物燃料、环境治理等领域落地应用，并可能创造更大的经济效益。
而科学家所担心的危险源自制造自我复制的镜像细菌（病毒）。毕竟目前科学家掌握的镜像细菌（病毒）阶段数据还比较少，难以有成熟的科学判断和认知，他们担心如果镜像生命走出实验室可能会变成脱缰的野马，可能对全球健康构成重大威胁。不过，镜像生命与其他前沿的科学研究一样，突破极限的过程中总会伴随着潜在的风险和伦理挑战。科学家需要考虑的是，在任何潜在的实际风险发生之前，能否提前做好预防和监管，甚至要提前着手研究更为特殊的监管手段？能否让不可控的魔盒变成变成让人类受益的宝盒？权杖又一次交到人类自己手中。
References：
1.Science：Confronting risks of mirror life
2.scitechdaily：“Mirror Bacteria” Warning: A New Kind of Life Could Pose a Global Threat
3.北京大学化学与分子工程学院：重溯巴斯德拆分实验——宛新华/张洁团队通过分子手性控制晶体的宏观运动
