该不该创造镜像生命?

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划重点

01镜像生命是指在分子层面上与自然生命形成完美镜像的存在,目前仍停留在假设阶段。

02镜像分子在结构上相同,但具有不同的手性,手性决定了分子如何在生命系统中相互作用。

03由于镜像生命的潜在威胁,40位知名科学家在《科学》杂志上发出严肃警告。

04镜像生命可能对人类构成严重威胁,如逃避人类免疫系统导致致命感染,或导致大量物种流离失所。

05尽管如此,构建完整镜像生命仍面临重大技术障碍,可能在未来10到30年内实现。

以上内容由腾讯混元大模型生成,仅供参考

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  什么是镜像生命?  


当我们照镜子时,镜子中的形象虽然也是自己,但所有特征都完全翻转。这种翻转现象不仅存在于日常生活中,在分子的微观世界中同样适用。


所谓“镜像生命”,指的是在分子层面上与自然生命形成完美镜像的存在。谈及镜像生命,绕不开的核心概念便是“手性”。手性之所以重要,是因为在生物学中,相同分子的镜像可能表现出截然不同的效果和功能


尽管镜像生命目前仍停留在假设阶段,但科学家推测,随着技术的进步,我们或许能在几十年内创造出镜像生命,尤其是“镜像细菌”等微生物。


然而,近期发表在《科学》杂志上的一篇论文中,40位知名科学家对这一课题发出了严肃警告。他们指出,镜像生命可能对人类构成严重威胁。镜像细菌有能力逃避人类的免疫系统,导致致命感染。这种感染还可能导致相当大比例的植物和动物物种流离失所,彻底破坏我们的环境



  为何需要镜像生命?  


镜像分子在结构上是相同的,就像我们的左手和右手,而且这些分子也具有完全相同的化学性质。但由于未知的原因,大自然倾向于仅用这些分子的其中一种手性来构建生命。例如,DNA和RNA是由右手性的核苷酸构成的,而蛋白质是由左手性的氨基酸构成的。


手性决定了分子如何在生命系统中相互作用,它影响我们体内药物和酶的功能,以及我们感知味道和气味的方式。例如,香芹酮分子闻起来既可以像绿薄荷,也可以像香菜种子的气味,具体取决于我们是从分子的哪个“镜像”版本中闻到的。


这引发了一个有趣的问题:如果我们能制造出镜像版本的生物分子,会带来怎样的变化?


现代医学治疗越来越多地依赖于生物分子,比如肽(蛋白质的小片段),这些分子在治疗癌症等疾病中表现出显著的疗效。然而,这些天然的蛋白质和肽存在一个重大局限:它们在体内会被消化酶迅速分解,有时甚至在几分钟内就被完全降解。这种快速降解给慢性疾病的治疗带来了极大挑战,既增加了治疗成本,也降低了治疗的便利性。


但如果用镜像氨基酸构建类似的肽,它们就有可能避开这些消化酶的识别,从而在体内停留更长时间。这为治疗复杂疾病开辟了一条全新的道路。实际上,科学家们已经通过化学方法制造出一些镜像疗法,比如他们成功制造出了DNA的镜像,以及一些功能齐全的“镜像酶”等。



  镜像生命的风险  


这些镜像分子有着诱人的优势。显然,下一步将是创造出真正的、完全由镜像分子构成的镜像生物,比如镜像细菌。一些研究团队已经在试图“从头开始”构建镜像细菌,换句话说,他们正试图合成生物分子,并将它们组装成功能细胞。然而,这却引发了诸多担忧。


新研究指出,镜像生物或许会以不可预测、不确定的方式与我们现有的生态系统相互作用。其中一种潜在的威胁是,镜像生命可能会不受控制地复制,因为它们不太可能受任何防止细菌过度生长的自然机制的控制例如,捕食细菌的天敌、抗生素、免疫系统以及消化酶等各种控制细菌过度生长的自然机制,可能都会对镜像生物失效。


尽管镜像细菌可能在初期面临食物来源不足的问题,但如果它们能够成功生长,那么随着时间推移,就有可能进化出摄取我们的食物并将其转化为镜像食物的能力。一旦如此,其生长速度可能大幅提升,而现有的控制机制将无法有效遏制。这可能导致镜像细菌的入侵,取代本地物种,破坏食物网,改变营养循环,最终可能导致连锁生态后果



  离镜像生命还有多远?  


最新研究强调了镜像生物可能带来的巨大风险。这一结论基于数十位科学家经过严谨科学推理和技术分析后得出的。


镜像细菌带来了独特而前所未有的挑战。然而,这并不是一场迫在眉睫的危机,因为构建完整镜像生命仍面临重大技术障碍。研究表明,如果将镜像细菌的研发作为优先目标,这一突破可能会在未来10到30年内实现。


科学家认为,我们正处于合成生物学的激动人心的时代,新技术、化学合成以及最小细胞的研究进展迅猛。因此,现在是探讨这一可能性的最佳时机。毕竟,一旦镜像细胞被创造出来,“潘多拉的魔盒”就很难再被关闭。


#创作团队:

编译:糖兽

排版:雯雯

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封面图&首图:N. BURGESS/SCIENCE