科学家揭秘：神秘的镜像细菌背后隐藏的危机

揭秘细菌镜像：生态危机潜伏其中

智慧科技

　　 12月11日，国际顶级期刊《科学》（Science）发布了一篇题为《应对“镜像生物”风险》的文章，深入分析了研究和创造“镜像生命”微生物可能对地球生态系统带来的“前所未有的风险”。这一发现引发了广泛关注，提醒我们对于新兴科技的应用必须保持高度警惕。虽然这些镜像微生物目前还处于实验室阶段，但其潜在的生态影响不容小觑。我们必须加强对此类科研项目的监管，确保任何技术进步都不会以牺牲自然环境为代价。只有在充分评估风险的前提下，才能合理推动科学技术的发展。

　　 这篇文章由来自全球9个国家的38位顶尖科学家联合撰写，团队中包括两位诺贝尔奖得主以及在合成生物学、免疫学、植物病理学、生态学、进化生物学和行星科学领域内的国际知名专家。文章还附带了一份长达300页的详细技术报告，为分析提供了深入的技术支持。

　　 面对“镜像生物”的风险（来源：文献1）

　　 阵势这么大，让大家安心的是，这篇具有前瞻性的文章主要是为了提醒相关领域的研究人员在开发“镜像生命”技术时需充分评估其潜在风险。目前，“镜像生命”技术尚处于初级阶段，距离普通大众的生活还很遥远，因此大家无需对此过分担忧。

　　 那么，究竟何为“镜像生命”，它们又可能引发哪些风险？这需要从“镜像分子”开始讲起。

　　 生命中的“镜像分子”

　　 人的左右手，在镜子中映出彼此的模样，但又永远无法重合在一起。这不仅是物理现象，也体现在某些与生命紧密相连的分子上。这些分子由于其独特的结构特征，被分为左旋和右旋两种类型，而这看似微小的区别可能会给它们带来截然不同的功能和作用。 这种现象不仅揭示了自然界中精妙绝伦的设计，还提示我们在科学研究中需要更加细致入微地观察和理解分子层面的差异。例如，在药物开发领域，同样的化学成分因为旋光性的不同，可能会导致药效的巨大差异，甚至产生副作用。因此，深入研究分子的手性（即旋光性）对于提高药物的有效性和安全性至关重要。此外，这一现象也启示我们，在日常生活中看似细微的差别，可能在科学层面上具有深远的影响。

　　 镜像就是相互对称但不可重叠(来源:作者 AI 生成)

　　 例如，在医药行业，左旋体和右旋体分子的手性差异可能会决定一种药物的效果乃至应用范围。

　　 左旋多巴是治疗帕金森病的关键药物，因为其在体内可高效转化为多巴胺，而右旋多巴的作用则微乎其微；右美沙芬是一种常用的止咳药，但其左旋体却具有镇痛效果，展现出截然不同的生物活性。另外，氨氯地平的左旋体不仅降压效果更佳且副作用较少，而其右旋体则有助于改善血管内皮功能，对心血管健康有益。

　　 这方面也有过惨痛的教训，来自一种曾被广泛使用的减轻妊娠反应的药物，名叫“沙利度胺”（商品名叫“反应停”）。

　　 在它的两种对映体中，一种可以缓解孕妇的妊娠反应，而另一种却可能导致“海豹肢症”的畸形。由于当时对药物作用机理理解不够深入，并且缺乏有效的检测与分离技术，药物中同时含有两种对映体。这导致许多服用沙利度胺的孕妇诞下畸形婴儿。

　　 图片截自文献9

　　 麻黄碱在不同溶剂中的手性表现确实引人注目：在水溶液中它表现为左旋，在乙醇溶液中却转变为右旋。尽管这两种形态的分子结构极其相似，但它们在生物体内的作用效果可能会大相径庭。这使得手性研究成为了药物开发领域的重要课题。 这种现象不仅展示了化学环境对分子手性的影响，还提醒我们在药物设计时需要更加细致地考虑这些细微差别。未来的研究或许可以探索如何利用这种环境依赖性的手性变化，来优化药物的效果和安全性，从而为患者提供更有效的治疗方案。

　　 在食物与营养领域，葡萄糖是我们日常饮食中最常见的糖类之一，它是右旋的，这种形式可以被人体吸收并作为能量来源。而它的镜像分子，左旋葡萄糖，虽然化学结构相同，但无法被人体代谢，因此仅能作为甜味剂添加到食品中。

　　 镜像的葡萄糖分子和丙氨酸分子（来源：文献2）

　　 乳酸的多样性不仅体现在其化学结构上，还体现在它在不同领域的应用和对人体的影响上。左旋乳酸（L-乳酸）在人体内扮演着重要角色，特别是在肌肉中生成，为身体提供必要的能量。相比之下，右旋乳酸（D-乳酸）更多地出现在发酵食品中，比如酸奶和泡菜，这些食品中的D-乳酸不仅不会对健康构成威胁，还能为食品增添独特的风味和口感。 在我看来，乳酸的不同形式展示了自然界中生物化学过程的精妙复杂性。这种多样性不仅丰富了我们的饮食文化，也为我们提供了新的视角来理解人体如何处理和利用不同的化合物。未来，随着研究的深入，我们或许能更好地利用这些天然化合物来促进健康和提升生活质量。

　　 再往远了说一点，对部分农药来说，手性差异更是性命攸关……

　　 了解了“镜像分子”，就可以聊聊什么是“镜像生命”了。

　　 镜像生命是什么，危险在哪儿？

　　 镜像生命是指那些分子结构与地球上生命分子呈镜像关系的假设生命形式。这种独特的手性特征意味着镜像生命的分子构造与现有的地球生物完全不同，这无疑会对现有的免疫系统造成巨大的冲击。 镜像生命的存在不仅是科学界的一个大胆假设，也引发了我们对未来生物技术发展的深刻思考。一旦这类生命形式被证实存在或被创造出来，它们将如何与现有生物共存？现有的医疗体系又该如何应对这些潜在的新威胁？这些问题都值得我们深入探讨和研究。镜像生命的研究不仅能够拓宽人类对生命本质的理解，也可能推动医学和生物技术领域的革命性进步。

　　 免疫系统依赖于手性分子之间的精确识别和相互作用，比如天然氨基酸和糖构成的抗原能够被免疫系统高效处理。然而，镜像蛋白和核酸由于其分子结构的手性完全颠倒，无法被现有的免疫机制有效分解。这表明，尽管我们的免疫系统在处理自然存在的生物分子方面非常高效，但在面对那些结构与之完全相反的分子时，却显得无能为力。这一发现不仅揭示了免疫系统的局限性，也为开发新的药物和治疗方法提供了重要线索。如何利用这种特性来设计更加安全有效的疫苗或药物，将会是未来研究的一个重要方向。

　　 例如，实验表明，镜像蛋白能够抵抗常规酶的降解，无法产生短肽片段供主要组织相容性复合体（MHC）呈递，这直接导致了抗原识别的障碍。此外，适应性免疫系统中的T细胞和B细胞需要依赖抗原信号启动，但面对镜像分子时，它们无法识别这些信号，进而阻碍了抗体生成和细胞免疫反应。 镜像蛋白的这一特性无疑为医学研究开辟了一条全新的路径。它不仅挑战了我们对蛋白质降解机制的传统理解，还可能在设计新型药物或疫苗方面带来革命性的突破。然而，这也意味着现有的免疫治疗策略可能需要进行重大调整，以应对这种新型抗原的特殊性质。未来的研究需要更加深入地探索镜像蛋白的生物活性及其在免疫系统中的具体作用机制，以便更好地利用其潜力，同时也需警惕其可能带来的未知风险。

　　 图片由AI生成

　　 如果镜像微生物侵入人体或其他生物，由于免疫系统几乎完全无法识别其结构，它们可能绕过免疫防线并迅速在宿主体内扩散。

　　 健康个体的免疫系统通常能够清除入侵的天然手性细菌，但镜像微生物却能避开包括先天免疫（例如补体系统）和适应性免疫在内的多重防御机制。

　　 例如，镜像细菌不会触发补体系统的经典途径或旁路途径，从而避免被溶解或吞噬。此外，许多抗菌肽由于对分子的手性非常敏感，无法与镜像微生物有效结合，这进一步削弱了先天免疫系统的防御功能。

　　 在这种情况下，镜像微生物的生存和繁殖确实可能给宿主带来严重的健康威胁。特别是当皮肤、肠道和呼吸道等屏障组织受到损伤时，镜像微生物有可能轻易突破这些天然防御，侵入到身体的更深层次组织。一旦它们成功渗透，镜像微生物便可能借助宿主体内的养分迅速繁殖。由于目前尚无有效的免疫反应来遏制这种感染，其在体内的蔓延可能会导致致命性疾病的发生。 这种现象引发了人们对于现有医疗体系应对新型病原体挑战能力的担忧。尽管我们已经取得了许多医学上的进步，但在面对未知或变异微生物时，仍需进一步加强研究与准备，以便更有效地保护公众健康。此外，这也强调了维持和修复人体自然屏障功能的重要性，以减少潜在病原体入侵的风险。

　　 《科学》的文章内容还表示，镜像微生物不仅对宿主个体的健康构成直接威胁，还可能在种群层面引发更广泛的感染扩散。由于其独特的免疫逃逸能力，一旦传播开来，镜像微生物可能成为生物防御领域中难以控制的重大风险。这种现象也突显了镜像生命研究在伦理、安全和治理方面的重要性生态系统的入侵和破坏。

　　 当然，考虑到我们体内部分营养物质分子也是手性的，正如左手无法舒适地适应右手手套，镜像微生物可能无法正常利用这些营养物质，从这个角度来看，或许镜像微生物的繁殖速度会打折扣，但前面说的这些风险仍然不容忽视。

　　 镜像生命，科学界现在做到哪了？

　　 镜像生命由左旋核苷酸构成DNA，由右旋氨基酸构成蛋白质，这种生命形式在地球自然界中还未曾被发现，但有可能借助合成生物学技术在实验室中实现。

　　 在2022年，科研人员成功实现了约100千道尔顿（kDa）的镜像T7RNA聚合酶的化学合成。这种酶能够高效且精确地转录全长达到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重要进展。

　　 有了镜像 RNA 和核糖体，就该合成蛋白质了。

　　 免疫原性是蛋白质治疗领域的一大难题，特别是长期应用蛋白质治疗药物会促使抗药抗体（ADAs）的产生，这不仅会削弱药物的效果，还可能引起一系列不良反应。

　　 解决这一问题的一种有前景的方法是使用由 D-型氨基酸组成的镜像蛋白，这类蛋白对免疫细胞中的蛋白酶降解具有抗性。最近有研究表明，抗体重链可变区的对映体形式（d-VHH）的化学合成，这种新型 d-VHH 筛选平台在开发具有低免疫原性和更高疗效的蛋白质治疗剂中的潜在应用价值。

　　 尽管合成镜像的RNA、蛋白质等生命分子已经取得了一定进展，但合成镜像细胞似乎仍是一个遥远的目标。目前，合成生物学项目正致力于从非生命物质中构建完全人工的细胞。科学家们正在尝试利用镜像分子（如镜像DNA、蛋白质和脂质）组装完整的合成细胞。 这一领域的研究无疑展示了人类在理解生命本质方面的巨大进步。然而，合成镜像细胞所面临的挑战依然艰巨，需要克服诸多技术障碍。这不仅涉及到分子层面的精确组装，还要求对细胞内部复杂的生命过程有更深入的理解。尽管如此，随着科技的发展和研究的不断深入，我们有理由相信，合成镜像细胞终将成为现实。

　　 此外，最近的研究正在尝试改造天然细菌，使它们能在人体内生成镜像分子，从而作为向镜像生命过渡的初步阶段。镜像生命面临的主要挑战是构建复杂的分子系统以及解决高昂的成本问题。 这种尝试不仅展示了科学界对探索生命本质边界的决心，同时也揭示了在技术实现过程中所面临的诸多难题。如何在不破坏人体自然平衡的前提下，安全有效地引入改造后的细菌，将是科学家们需要认真考虑的问题。此外，高昂的研发和应用成本也可能成为阻碍这一技术广泛应用的瓶颈。因此，未来的研究不仅需要在实验室中取得突破，还需要找到可行的商业化路径，以确保这些前沿科技能够惠及更多人。

　　 总结

　　 镜像生命的研究无疑为科学探索开辟了新的天地，但同时也引发了重大的伦理、安全和生态问题。从分子层面到系统整合的每一步进展，都体现了人类对未知生命形式的强烈好奇心，同时也警示着科研人员在这一领域需保持审慎态度。

　　 这种探索既可能为医学、生物技术等领域带来革命性突破，也可能因技术滥用或疏忽而引发不可预见的风险。正如《科学》文章中所呼吁的，我们应在开放研究的同时，建立健全的监管框架，确保科学进步与社会安全的平衡。

　　 镜像生命，这也许是一个潘多拉魔盒，但掌握开启魔盒钥匙的核心，在于科学家和全社会的共同智慧与理性判断。

　　 好消息是，镜像生命在现阶段还不构成紧迫的威胁，因为当前的技术水平仍无法实现完整镜像生命的构建。鉴于科学界早已意识到潜在风险，在这项技术真正实现前（可能需要10到30年的时间），我们有足够的时间进行周全的准备和规划。 尽管如此，我们仍需保持警惕，并且积极展开跨学科的研究合作，以确保当镜像生命技术成熟时，社会能够从容应对可能出现的各种挑战。此外，公众教育同样重要，通过透明的信息传播和开放的对话，可以有效减轻公众对新兴科技的恐惧感，促进科技与伦理之间的平衡。 

　　 参考文献

　　 [1]Adamala, Katarzyna P., et al. "Confronting risks of mirror life." Science (2024): eads9158.

　　 [2]Xu, Yuan, and Ting F. Zhu. "Mirror-image T7 transcription of chirally inverted ribosomal and functional RNAs." Science 378.6618 (2022): 405-412.

　　 [3]Aoki, Keisuke, et al. "Engineering a low-immunogenic mirror-image VHH against vascular endothelial growth factor." ACS Chemical Biology 19.5 (2024): 1194-1205.

　　 [4]K. P. Adamala et al., “Technical report on mirror bacteria: Feasibility and risks” Stanford Digital Repository,( 2024).

　　 [5]Harrison, Katriona, et al. "Synthesis and applications of mirror-image proteins." Nature Reviews Chemistry 7.6 (2023): 383-404.

　　 [6]Gaut, Nathaniel J., and Katarzyna P. Adamala. "Reconstituting natural cell elements in synthetic cells." Advanced Biology 5.3 (2021): 2000188.

　　 [7]Rohden, Fabian, J?rg D. Hoheisel, and Hans-Joachim Wieden. "Through the looking glass: milestones on the road towards mirroring life." Trends in Biochemical Sciences 46.11 (2021): 931-943.

　　 [8]Dintzis, Howard M., et al. "A comparison of the immunogenicity of a pair of enantiomeric proteins." Proteins: Structure, Function, and Bioinformatics 16.3 (1993): 306-308.

　　 章伟光、张仕林、郭栋等人在《大学化学》2019年第9期上发表了一篇题为《关注手性药物：从“反应停事件”说起》的文章。文章以“反应停事件”为切入点，深入探讨了手性药物的发展历程及其在现代医学中的重要性。 这篇论文不仅回顾了历史上著名的“反应停事件”，还详细介绍了手性药物的研究进展和临床应用。通过这篇文章，读者可以更全面地理解手性药物在医药领域中的地位和价值。文章强调了手性药物研究的重要性，并指出这一领域的突破将对新药开发产生深远影响。 阅读该文后，我深感手性药物研究对于提升药品质量和保障患者安全至关重要。特别是考虑到历史上的悲剧，我们更应该加强对手性药物的研发与监管，确保未来不会重蹈覆辙。

　　 策划制作

　　 作者丨Denovo 科普作者

　　 审核丨胡启文 陆军军医大学基础医学院微生物学教研室副教授 胡启文副教授在陆军军医大学基础医学院微生物学教研室的工作中展现了深厚的专业素养。他的研究不仅推动了微生物学领域的发展，也为医学教育注入了新的活力。胡教授的学术贡献值得肯定，他在该领域的持续探索和努力无疑为年轻学者树立了良好的榜样。希望未来能有更多像胡教授这样优秀的学者，继续在科研和教学方面取得更大的成就。 发表的看法：胡启文副教授的研究工作不仅体现了其个人的学术能力，也反映了我国在医学教育和科研方面的进步。期待他能在未来的科研道路上取得更多的突破，并为培养新一代医学人才作出更大贡献。

　　 策划丨丁崝

　　 责编丨丁崝

　　 审校丨徐来、林林