走进科学
“镜像生命”可能引发生态灾难
“镜像生命”是一种由反向手性分子构成的生命形式，虽然具有潜在的研究价值，但可能对生态系统和人类健康构成严重威胁。
“镜像生命”是一种危险的科学构想，以下是原因。
大多数主要的生物分子，包括所有蛋白质、DNA和RNA，都有特定的方向性，即它们是手性的，或者说有“手性”。就像你的左手手套只适合左手，右手手套只适合右手一样，手性分子只能与其他具有相同手性的分子相互作用。
手性分子有两种可能的形式：左和右，分别用L和D表示，分别代表拉丁文中的“左”和“右”。地球上的所有生命都使用L蛋白质和D糖。即使是古菌，一种具有不寻常化学成分的微生物群体，也遵循这一规律。
多年来，科学家们一直在猜想如何制造与自然界中的生物聚合物相反的手性分子，即由D蛋白质和L糖组成的分子。近年来，这一领域取得了一些重要进展，包括能够制造镜像RNA和镜像DNA的酶。
当科学家们观察到这些镜像分子的行为与它们的自然对应物相同时，他们认为可以用这些分子制造出一个完整的活细胞。
特别是镜像细菌，有可能成为一种有用的基础研究工具，可能使科学家们首次研究一种新的生命树，并解决生物工程和生物医学中的许多问题。
这种所谓的“镜像生命”，即由与自然生命相反手性的分子构成的活细胞，可能具有与自然活细胞非常相似的特性。它们可以生活在相同的环境中，争夺资源，并像任何生物一样行为。它们可以避开其他捕食者和免疫系统的感染，因为这些对手无法识别它们。
正是这些特性使得我和其他研究人员最初对镜像生命充满兴趣，但这些特性也使得这项技术存在巨大的问题。
我是一名研究利用化学创造活细胞的合成生物学家，同时也是一名为生物经济开发工具的生物工程师。作为一名化学家，我最初认为镜像生命是一种迷人的方式，可以回答关于生物学的基本问题，并将这些发现实际应用于工业和医学。
然而，随着我对镜像生命的免疫学和生态学了解的加深，我意识到这项技术可能对环境和健康产生的严重后果。
需要注意的是，研究人员可能需要10到30年的时间才能创造出镜像细菌。在合成生物学这样一个快速发展的领域，十年是一段很长的时间。创造合成细胞本身就已经很困难，而创造镜像细菌则需要几项技术突破。
然而，这项技术存在风险。如果镜像细菌被释放到环境中，它们可能会迅速繁殖而不受限制。自然界中维持生态平衡的机制，包括感染和捕食，对镜像生命无效。
细菌，像大多数生物一样，容易受到病毒感染。这些细菌病毒，或称噬菌体，通过与细菌表面受体结合进入细菌，然后利用细菌的细胞机制进行复制。但就像左手手套不适合右手一样，自然噬菌体无法识别镜像细菌的受体或利用其机制。镜像生命可能对病毒具有抵抗力。
微生物在环境中觅食，也能控制细菌的数量。它们利用化学“味觉”受体来区分食物和非食物。任何与这些受体结合的东西，比如细菌和有机碎屑，都被认为是可食用的，而那些无法与受体结合的东西，比如石头，则被认为是不可食用的。
想象一下，一只狗在厨房地板上觅食，会吃面包但只闻一下勺子就走开。对于捕食者来说，镜像生命更像是勺子而不是面包，捕食者会“闻”它，然后走开，因为这些细胞无法与受体结合。
免于被吃掉对镜像细菌来说是个好消息，因为这意味着它们可以自由复制。但对于生态系统的其他部分来说，这将是个坏消息，因为镜像细菌可能会垄断所有的营养物质并无限制地扩散。
即使镜像细菌不主动攻击其他生物，它们也会消耗其他生物需要的食物来源。由于镜像细胞缺乏捕食，死亡率会比普通生物低得多，它们会慢慢但稳定地接管环境。
即使镜像细胞的生长速度比正常细胞慢，它们也能在没有任何限制的情况下生长。
另一个无法“闻”出镜像细胞的生物控制机制是免疫系统。
你的免疫细胞不断检查血液中的所有东西。免疫细胞的决策树很简单：首先决定某物是否是活的，然后将其与“自我”数据库进行比较，即你自己的细胞。如果它是活的，但不是你的一部分，那么它就需要被消灭。镜像细胞可能无法通过这一检测：它们不会引发免疫反应，因为免疫系统无法识别或结合镜像细胞抗原。这意味着镜像细胞可能会感染前所未有的广泛宿主。
你可能会认为镜像细菌的感染可以通过同手性的抗生素来治疗。这可能有效，甚至可能比普通的抗生素疗法对肠道更温和。因为抗生素也是手性的，镜像版本的这些药物不会影响你的肠道微生物群，就像普通的抗生素不会影响镜像细胞一样。
但人类只是生态系统的一小部分。所有其他动植物也可能容易受到镜像病原体的感染。虽然可以想象开发镜像抗生素来治疗人类感染，但不可能治疗整个植物和动物世界。
如果所有生物都容易受到镜像细菌的慢性感染，那么就没有一种能在整个生态系统中使用的有效治疗方法。
镜像生命是一个令人兴奋的研究课题，也是一种具有一些实际应用的潜在工具，特别是在医学和生物技术领域。但对于我和许多科学家来说，这些好处都无法抵消镜像生命对人类健康和环境构成的严重威胁。
我和一些研究免疫学、生态学、生物安全和安保的研究人员，包括一些曾经积极研究镜像生命的人，对创造镜像生命的潜在问题进行了全面分析。无论我们如何看待这个问题，结论都很明确：工程化镜像生命的潜在好处并不值得冒险。
没有什么是完全万无一失的，包括任何防止镜像细胞意外或故意释放到环境中的保障措施。对于在这一领域工作的研究人员，包括我们在内，这可能是一个令人失望的结论。但不制造镜像细胞可以确保地球的安全和安保。
在全球科学界就哪些镜像生物分子及相关技术的研究是安全的，以及如何监管这些研究进行更多的讨论，可以帮助防范潜在的危害。
将镜像细胞保持在镜像中，而不是使其成为现实，是确保安全的最清晰途径。
本文译自 ScienceAlert，由 BALI 编辑发布。
