“鏡像生命”是一種危險(xiǎn)的科學(xué)愿景。原因如下。

大多數(shù)主要生物分子，包括所有蛋白質(zhì)、DNA 和 RNA，指向一個(gè)方向或其他。換句話說，他們是手性或手.就像你的左手套只適合你的左手，你的右手套只適合你的右手一樣，手性分子只能與其他兼容慣用手的分子相互作用。

有兩種可能的手性：左和右，正式稱為 L拉沃斯D 代表德克斯特.地球上的所有生命都使用 L 蛋白和 D 糖。甚至古細(xì)菌，一大群具有不尋?；瘜W(xué)成分的微生物，堅(jiān)持使用的主要分子的旋向性。

長期以來，科學(xué)家們一直在推測制造能夠反映自然界中化合物但方向相反的生物聚合物——即由 D 蛋白和 L 糖制成的化合物。近年來，已經(jīng)取得了一些有希望的進(jìn)展，包括可以使鏡像 RNA和鏡像 DNA.

當(dāng)科學(xué)家觀察到這些鏡像分子的行為與它們的天然等價(jià)物一樣時(shí)，他們認(rèn)為有可能從它們制造一個(gè)完整的活細(xì)胞。

特別是鏡像細(xì)菌有可能成為一種有用的基礎(chǔ)研究工具——可能讓科學(xué)家首次研究新的生命之樹并解決生物工程和生物醫(yī)學(xué)中的許多問題。

這個(gè)所謂的鏡子壽命– 由與構(gòu)成自然生命的細(xì)胞具有相反手性結(jié)構(gòu)的構(gòu)建單元制成的活細(xì)胞 – 可能具有與自然活細(xì)胞非常相似的特性。

它們可以生活在相同的環(huán)境中，爭奪資源，并像您對任何生物體的期望一樣行事。他們將能夠逃避其他捕食者和免疫系統(tǒng)的感染，因?yàn)檫@些對手無法識(shí)別他們。

這些特征就是像我這樣的研究人員最初對鏡像生命如此著迷的原因。但這些品質(zhì)也是這項(xiàng)技術(shù)的巨大錯(cuò)誤，使其成為一個(gè)問題。

我是合成生物學(xué)家誰研究使用化學(xué)來創(chuàng)造活細(xì)胞。我也是開發(fā)工具的生物工程師為了生物經(jīng)濟(jì)。作為一名受過培訓(xùn)的化學(xué)家，工程鏡像生活最初似乎是一種回答生物學(xué)基本問題并將這些發(fā)現(xiàn)實(shí)際應(yīng)用于工業(yè)和醫(yī)學(xué)的迷人方式。

然而，隨著我對鏡像生命的免疫學(xué)和生態(tài)學(xué)有了更多的了解，我開始意識(shí)到這項(xiàng)技術(shù)對環(huán)境和健康的潛在影響。

對假設(shè)鏡子生命的真正擔(dān)憂

請務(wù)必注意，研究人員可能至少 10 到 30 年后從產(chǎn)生鏡像細(xì)菌。在合成生物學(xué)這樣快速發(fā)展的領(lǐng)域的時(shí)間尺度上，十年是一段非常長的時(shí)間。創(chuàng)建合成細(xì)胞本身就很困難。創(chuàng)建鏡像需要幾項(xiàng)技術(shù)突破。

但是，它會(huì)帶來風(fēng)險(xiǎn)。如果鏡像細(xì)胞被釋放到環(huán)境中，它們很可能能夠快速增殖而沒有太多限制.保持生態(tài)系統(tǒng)平衡的自然機(jī)制，包括感染和捕食，對鏡子生命不起作用。

與大多數(shù)生命形式一樣，細(xì)菌容易受到病毒感染。這些細(xì)菌病毒,或噬菌體，通過與細(xì)菌的表面受體結(jié)合進(jìn)入細(xì)菌，然后使用它們的細(xì)胞機(jī)制進(jìn)行復(fù)制。但是，就像左手套不適合右手一樣，天然噬菌體無法識(shí)別鏡像細(xì)胞受體或無法使用其機(jī)制。Mirror life 可能會(huì)對病毒有抵抗力。

在環(huán)境中覓食的微生物也可以控制細(xì)菌種群。他們區(qū)分食品和非食品通過使用化學(xué) “味覺” 受體。這些受體結(jié)合的任何東西，例如細(xì)菌和有機(jī)碎片，都被認(rèn)為是可食用的，而不能與這些受體結(jié)合的事物，例如巖石，則被歸類為不可食用。

想想看，一只在廚房地板上覓食的狗會(huì)吃面包卷，但只聞一聞勺子然后繼續(xù)前進(jìn)。對于細(xì)菌捕食者來說，鏡子生命更像是勺子而不是面包——捕食者會(huì)用它們的受體“嗅”它并繼續(xù)前進(jìn)，因?yàn)檫@些細(xì)胞無法結(jié)合。

對于鏡像細(xì)菌來說，不被食用是個(gè)好消息，因?yàn)樗梢宰屗杂蓮?fù)制。對于生態(tài)系統(tǒng)的其他部分來說，這將是一個(gè)更糟糕的消息，因?yàn)殓R像細(xì)菌可能會(huì)吞噬所有營養(yǎng)物質(zhì)并不受控制地?cái)U(kuò)散.

即使鏡像細(xì)菌不主動(dòng)攻擊其他生物，它們?nèi)匀粫?huì)消耗其他生物需要的食物來源。由于缺乏捕食，鏡像細(xì)胞的死亡率會(huì)比普通生物低得多，因此它們會(huì)緩慢但肯定會(huì)接管環(huán)境。

即使鏡像細(xì)胞的生長速度比正常細(xì)胞慢，它們也能在沒有任何阻止的情況下生長。

免疫力不足

另一種無法“嗅出”鏡像細(xì)胞的生物控制機(jī)制是免疫系統(tǒng)。

您的免疫細(xì)胞會(huì)不斷檢查它們在血液中發(fā)現(xiàn)的一切。免疫細(xì)胞的決策樹相當(dāng)簡單。首先，確定某物是否活著，然后將其與“自我”數(shù)據(jù)庫（您自己的細(xì)胞）進(jìn)行比較。

如果它是活的但不屬于你的一部分，那么它需要被殺死。鏡像細(xì)胞可能不會(huì)通過第一步該篩選：它不會(huì)誘導(dǎo)免疫反應(yīng)，因?yàn)槊庖呦到y(tǒng)無法識(shí)別或結(jié)合鏡像細(xì)胞抗原。這意味著鏡像細(xì)胞可以感染前所未有的廣泛宿主。

您可能認(rèn)為鏡像細(xì)菌感染可以用同樣的抗生素治療。它可能會(huì)起作用，甚至可能比常規(guī)抗生素治療更容易治療。因?yàn)?a>抗生素也被遞給，這些藥物的鏡像版本不會(huì)影響您的腸道微生物組，就像常規(guī)抗生素不會(huì)影響鏡像細(xì)胞一樣。

但人類是相對的小零件生態(tài)系統(tǒng)。所有其他動(dòng)物和植物也可能容易受到鏡像病原體的感染。雖然可以想象開發(fā)鏡像抗生素來治療人類感染，但在物理上不可能治療整個(gè)植物和動(dòng)物世界。

如果所有生物都容易受到鏡像細(xì)菌的緩慢感染，那么就沒有好的治療方法可以在整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中部署。

安全總比后悔好

Mirror Life 是一個(gè)令人興奮的研究課題，也是在醫(yī)學(xué)和生物技術(shù)中具有一些實(shí)際應(yīng)用的潛在工具。但對于包括我在內(nèi)的許多科學(xué)家來說，這些好處都沒有超過鏡像生命對人類健康和環(huán)境造成的嚴(yán)重后果。

我和一組免疫學(xué)、生態(tài)學(xué)、生物安全和安保領(lǐng)域的研究人員——包括一些曾經(jīng)積極研究鏡像生命的人——對鏡像生命的創(chuàng)造可能產(chǎn)生的擔(dān)憂進(jìn)行了徹底的分析。無論我們?nèi)绾慰创?，無論是直視還是照鏡子，結(jié)論都很明確：工程鏡像壽命的潛在好處是不值得冒險(xiǎn).

沒有辦法使任何東西完全萬無一失，這包括鏡像單元中內(nèi)置的任何保護(hù)措施，以防止意外或故意釋放到環(huán)境中的風(fēng)險(xiǎn)。在這個(gè)領(lǐng)域工作的研究人員，包括我們，可能會(huì)覺得這令人失望。但是不制造鏡像電池可以確保地球的安全。

全球科學(xué)界就鏡像生物分子和相關(guān)技術(shù)的研究類型以及如何監(jiān)管這項(xiàng)研究進(jìn)行更多討論，有助于防范潛在危害。

將鏡像單元保存在鏡像內(nèi)，而不是讓它們成為物理現(xiàn)實(shí)，是保持安全的最明確途徑。

凱特·阿達(dá)瑪拉， 遺傳學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)和發(fā)育助理教授，明尼蘇達(dá)大學(xué)

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