Science：呼吁全球禁止镜像生命的研究

一个由诺贝尔奖获得者和其他专家组成的国际小组警告称，对“镜像生命(mirror life)”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”。

12月11日，国际顶级期刊Science刊载了由这个研究小组撰写的题为《面对“镜像生物”的风险》的文章。文章称，尽管人类可能至少还需要10年的时间才能创造出真正的镜像生命，但这项研究可能导致“前所未有且不可逆”的危害，建议不允许进行以创造镜像细菌为目标的研究，并且资助者要明确表示他们不会支持此类工作。

一、什么是镜像生命？

许多生命分子可以以两种不同的形式存在，每种形式都是另一种的镜像。目前地球上所有生物体的 DNA和RNA 都是由右旋核苷酸组成的，构成生命的蛋白质则由左旋氨基酸组成，而左旋核苷酸和右旋氨基酸就是这两种物质的镜像分子形式。（为了想象这一点，用你的右手竖起大拇指；你的大拇指是垂直轴，你弯曲的手指代表螺旋的方向。）

为什么会出现这种情况，这仍是一个科学争论的问题。但这种所谓的同手性是地球上的自然状态——它已经让我们走到了今天。

然而，人类无限的傲慢中却蕴藏着挑战这一秩序的能力。如果我们用左手 DNA 和右手蛋白质制造镜像生物，会发生什么？

目前，科学家们已经制造出大型、功能齐全的镜像分子，以便对其进行更深入的研究。尽管用镜像分子构建整个生物体超出了当今的技术水平，但有些人已经在构建镜像微生物方面迈出了一小步。

该专家组包括上世纪 90 年代领导私人人类基因组测序工作的美国科学家克雷格·文特尔博士，诺贝尔奖获得者、剑桥大学教授格雷戈里·温特和芝加哥大学教授杰克·绍斯塔克。专家们在文章中警告称，镜像细菌（由人工制造的镜像分子构成）可能会在环境中定居并突破自然生物的免疫防御，使人类、动物和植物面临致命感染的风险。

实际上，在化学药物中，早有映像体药物（手性分子），即左旋和右旋，虽然分子结构几乎一样，但是作用却完全不同! 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。

例如L-葡萄糖，标准葡萄糖的对映体，测试表明其味道与标准糖相似，但代谢方式不同。最近的研究表明，L-葡萄糖可以廉价生产，产量高，但作者指出，由于其具有通便作用，因此不能用作甜味剂。如氧氟沙星，其中起作用的主要是左氧氟沙星，佐匹克隆是治疗失眠的药物，实际上起作用的主要是右佐匹克隆，还如治疗神经系统帕金森病的药物—左旋多巴，左亚叶酸钙，左西替利嗪。（后附常用药物列表）.

二、镜像生命从什么时间开始研究的？

梅斯小编查阅文献，发现镜像生命的研究其实已经很多年了。

最早可以追溯到路易斯·巴斯德，首次讨论了镜像生命的可能性。

镜像人的诞生是阿瑟·克拉克1950 年短篇小说《技术失误》的基础。 在这个故事中，一场物理事故将一个人变成了他的镜像，据推测这可以通过穿越第四个物理维度来解释。在詹姆斯·布利什1970 年创作的《星际迷航》小说《斯波克必须死！》中，美国企业号航空母舰的科学官因一次传送器故障而被复制成镜像。他将自己锁在医务室里，在那里他能够合成生存所需的基本营养素的镜像形式。罗杰·泽拉兹尼 1976 年的小说《沙中之门》的核心内容是一台能逆转手性的外星机器，以及一种只有在一种手性下才能正常运作的血液共生体。在谢里·S·泰珀1989 年的小说《草》中提到的星球上，一些生命形式已经进化到使用右旋丙氨酸异构体。在《质量效应》系列中，食物中氨基酸的手性经常在对话和百科全书中被讨论。 在詹姆斯·S·科里( James SA Corey) 2014 年的科幻小说《Cibola Burn》中，伊鲁斯星球上有具有部分镜像手性的土著生命。这使得人类殖民者无法消化当地的动植物，并极大地复杂化了传统农业。因此，殖民者不得不依靠水培农业和食物进口。 2017 年丹尼尔·苏亚雷斯的小说《变革推动者》中，反派奥托绰号“镜子人”，他是一个基因改造的镜子人。他鄙视其他人类，他的存在让他们感到莫名的厌恶。可见，在小说中，镜像人早已不新鲜。

但是，随着合成生物学的进展，如2002 年以来合成病毒、 2010 年合成部分细菌或2013 年合成核糖体，可能使从小分子完全合成活细胞成为可能，我们可以使用生命构建块分子的镜像版本（对映体）代替标准分子。一些蛋白质已以镜像版本合成，包括2016 年的聚合酶。可以通过用右手性氨基酸替代左手性氨基酸，利用其细胞成分的镜像（手性）反射，以镜像形式重建常规生命体，从而创建所有常规蛋白质的镜像。类似地，可以创建反射糖、DNA 等，反射酶可以完美地作用于它们。最后，可以有一个正常运作的自然生物的镜像——手性对应生物，甚至创造全新的生态系统的可能性。2010年Bohannon, John在《连线》 杂志上发文称，镜像生命可能会破坏整个生命系统。

最近两年，随着人工智能合成蛋白质，DNA技术的出现，镜像生命的危险一下子被提升了几个数量级。人工智能极有可能创造出真正的镜像生命。

三、支持镜像生命研究的观点

支持进行这项研究的人认为，这种镜像细胞可能具有令人难以置信的医学应用。科学家已经制造出镜像蛋白，并发现它们比天然蛋白更具弹性，因为用于分解它们的酶无法与它们结合。这可能是治疗慢性病的突破，因为许多治疗药物分解得太快，如果不服用更多药物，就无法产生持久的效果。

不过，专家们认为，诸如镜像核酸和蛋白质的化学合成等具有科学和潜在治疗应用的研究，不应该受到新的限制，这些研究对基础科学具有重要价值，应该继续进行。专家们还呼吁开展研究，以更好地了解和应对镜像细菌的风险。此类研究可能包括镜像生物分子与免疫系统的相互作用，以及开发检测方法和生活检测系统。专家强调，任何关于对策的研究都必须在开放的国际环境中进行。

四、反对镜像生命的观点：镜像生命是潘多拉魔盒

但问题是，镜像生物在与自然细胞互动时可能会做出不可预测的行为。我们根本不知道当镜像生物与我们的生命发生冲突时会发生什么。在缺乏信息的情况下，你只能做最坏的打算。

美国匹兹堡大学进化生物学家沃恩·库珀教授在接受英国《卫报》采访时表示：“我们谈论的威胁是前所未有的。镜像细菌可能会逃避人类、动物和植物的免疫系统反应，并且会导致致命的感染，并不受控制地蔓延。”

除了引起致命感染之外，研究人员还怀疑这些微生物能否被天然竞争对手和捕食者安全控制或抑制。现有的抗生素也不太可能有效。

五、如何规范镜像生命的研究？

明尼苏达大学合成生物学家、该报告的共同作者凯特·阿达玛拉博士原本致力于镜像细胞的研究，但在详细研究了相关风险后，去年改变了策略。

“我们不应该创造镜像生命，”她对《卫报》表示，“我们有时间进行对话。这就是我们写这篇论文的目的，开启一场全球对话。”

Nature 中的文章写道：“除非有令人信服的证据表明镜像生命不会带来极大的危险，否则我们认为不应创造镜像细菌和其他镜像生物，即使是那些具有工程生物防护措施的镜像细菌和镜像生物。”

“因此，我们建议不允许进行以创造镜像细菌为目标的研究，并且资助者应明确表示他们不会支持此类工作。”同时，专家们建议对部分支持技术进行管理，以确保任何试图创造镜像细菌的人将继续受到多个科学挑战、被昂贵且耗时的步骤阻碍。

伦敦帝国理工学院的保罗·弗里蒙特教授没有参与该报告，他称其为“负责任的研究和创新的绝佳典范”。他说：“虽然作者明确指出需要对镜像生物的发展进行公开透明的辩论，但也需要确定镜像化学在生物系统中的前景和积极用途，尽管这种做法有限，而且未来可能受到监管。”

五、目前常用的手性药物举例

1. 奥美拉唑 (Omeprazole)

• 应用：治疗胃食管反流病 (GERD) 和胃溃疡。
• 手性特点：具有S-对映体和R-对映体，其中埃索美拉唑 (Esomeprazole) 是 S-对映体，药效更好。

2. 沙丁胺醇 (Salbutamol, Albuterol)

• 应用：用于治疗哮喘和慢性阻塞性肺病 (COPD)。
• 手性特点：存在 R-和 S-对映体，R-对映体（Levosalbutamol）是活性较强的成分，S-对映体被认为无活性甚至有不良反应。

3. 普萘洛尔 (Propranolol)

• 应用：β受体阻断剂，用于治疗高血压、心律失常等。
• 手性特点：存在 R- 和 S- 对映体，S-对映体具有主要的 β-阻断活性。

4. 左旋多巴 (Levodopa)

• 应用：帕金森病的治疗药物。
• 手性特点：仅L-对映体具有药理活性，D-对映体无活性。

5. 苯丙胺 (Amphetamine)

• 应用：治疗注意力缺陷多动障碍 (ADHD) 和嗜睡症。
• 手性特点：包含 D- 和 L- 对映体，D-苯丙胺（右旋苯丙胺）具有更强的中枢兴奋作用。

6. 布洛芬 (Ibuprofen)

• 应用：非甾体抗炎药 (NSAID)，用于缓解疼痛和炎症。
• 手性特点：R- 和 S- 对映体存在，但只有 S-布洛芬具有抑制前列腺素合成的药理活性。

7. 可乐定 (Clonidine)

• 应用：治疗高血压和注意力缺陷多动障碍。
• 手性特点：存在不同对映体，虽然药物通常以外消旋体形式存在，但其活性与手性有关。

8. 美沙芬 (Methadone)

• 应用：用于治疗慢性疼痛和阿片类药物成瘾。
• 手性特点：存在 R- 和 S- 对映体，R-美沙芬具有更强的镇痛活性。

9. 维拉帕米 (Verapamil)

• 应用：用于治疗高血压、心绞痛和心律失常。
• 手性特点：S-对映体具有更强的钙通道阻断作用。

10. 抗生素 - 青霉胺 (Penicillamine)

• 应用：用于治疗类风湿关节炎和威尔逊病。
• 手性特点：仅D-青霉胺具有治疗效果，L-青霉胺无活性。

11. 地西泮 (Diazepam) 和苯二氮䓬类药物

• 一些苯二氮䓬类药物如唑吡坦 (Zolpidem) 具有手性异构体，部分对映体具有不同的镇静和催眠活性。

12. 卡维地洛 (Carvedilol)

• 应用：治疗高血压和心力衰竭。
• 手性特点：R-对映体具有 α1 受体阻断作用，而 S-对映体同时具有 β 受体阻断作用。

13. 左氧氟沙星 (Levofloxacin)

• 应用：抗菌药，广谱抗生素。
• 手性特点：左氧氟沙星是氧氟沙星的 L-对映体，抗菌活性更强，副作用更小。

14. 右佐匹克隆 (Eszopiclone)

• 应用：治疗失眠的镇静催眠药物。
• 手性特点：右佐匹克隆是佐匹克隆的R-对映体，具有更好的药效和更少的苦味。

15. 左亚叶酸钙 (Calcium Levofolinate)

• 应用：作为抗癌药物甲氨蝶呤的解救剂。
• 手性特点：L-亚叶酸钙是药理活性的对映体，疗效更好。

16. 左西替利嗪 (Levocetirizine)

• 应用：抗组胺药，用于治疗过敏性鼻炎和荨麻疹。
• 手性特点：左西替利嗪是西替利嗪的活性L-对映体，疗效更强，副作用更少。

17. 左旋多巴 (Levodopa)

• 应用：用于治疗帕金森病。
• 手性特点：左旋多巴（L-多巴）是活性对映体，而 D-多巴无生理活性。

18. 右美托咪定 (Dexmedetomidine)

• 应用：镇静剂和麻醉辅助药物。
• 手性特点：右美托咪定是美托咪定的活性右旋异构体，具有选择性α2受体激动作用。

19. 左旋氨氯地平 (Levoamlodipine)

• 应用：治疗高血压和冠心病。
• 手性特点：左旋氨氯地平是氨氯地平的活性对映体，疗效相当但剂量更小，副作用减少。

20. 盐酸右美沙芬 (Dextromethorphan)

• 应用：镇咳药。
• 手性特点：D-对映体具有镇咳活性，L-对映体无效。

21. 右旋布洛芬 (Dexibuprofen)

• 应用：非甾体抗炎药，用于缓解疼痛和炎症。
• 手性特点：R-布洛芬（右旋布洛芬）是布洛芬的活性对映体。

22. 右旋氯卡色林 (Dexfenfluramine)

• 应用：曾用于减肥药物（现已禁用）。
• 手性特点：右旋氯卡色林具有显著食欲抑制作用。

23. 利多卡因 (Lidocaine)

• 手性异构体存在，但通常作为外消旋体使用，单一手性异构体的应用正在研究。

24. 阿芬太尼 (Alfentanil) 和 瑞芬太尼 (Remifentanil)

• 应用：强效阿片类镇痛药。
• 手性特点：部分阿片类药物的对映体具有不同的镇痛强度和副作用。

25. 米力农 (Milrinone)

• 应用：用于心力衰竭的药物。
• 手性特点：单一手性异构体可能具有选择性的药效表现。

参考资料

Adamala KP, Agashe D, Belkaid Y, Bittencourt DMC, Cai Y, Chang MW, Chen IA, Church GM, Cooper VS, Davis MM, Devaraj NK, Endy D, Esvelt KM, Glass JI, Hand TW, Inglesby TV, Isaacs FJ, James WG, Jones JDG, Kay MS, Lenski RE, Liu C, Medzhitov R, Nicotra ML, Oehm SB, Pannu J, Relman DA, Schwille P, Smith JA, Suga H, Szostak JW, Talbot NJ, Tiedje JM, Venter JC, Winter G, Zhang W, Zhu X, Zuber MT. Confronting risks of mirror life. Science. 2024 Dec 12:eads9158. doi: 10.1126/science.ads9158

Bohannon, John (2010). "Mirror-image cells could transform science - or kill us all". Wired. Vol. 18, no. 12. Archived from the original on 2020-08-09.