38位頂尖學(xué)者聯(lián)名示警：停止創(chuàng)造“鏡像生命”，它帶來“前所未有的風(fēng)險”

一批生命科學(xué)領(lǐng)域的科學(xué)家焦急地發(fā)聲，呼吁叫停本領(lǐng)域內(nèi)一類前沿研究——創(chuàng)造“鏡像生命”。因為他們看到，盡管這類研究具有重要的科學(xué)意義和潛在的工業(yè)應(yīng)用，但其帶來的風(fēng)險可能遠遠大于其潛在的收益。鏡像微生物最令人擔(dān)憂的風(fēng)險在于，它們可能逃避人類和其他多細胞生物的免疫系統(tǒng)，從而對人類健康、動植物以及整個生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成前所未有的威脅。

撰文 | 王新凱

2024年12月，由24位諾貝爾獎獲得者和國際專家組成的科學(xué)家團隊發(fā)布一份長達299頁的技術(shù)報告，深入分析了當(dāng)前鏡像生命的技術(shù)障礙、技術(shù)前景，以及前所未有且很大程度上被忽視的風(fēng)險。與此同時，包括報告作者在內(nèi)的38位頂尖科學(xué)家還聯(lián)名在《科學(xué)》雜志發(fā)表題為《面對鏡像生命的風(fēng)險》的評論文章，對創(chuàng)造鏡像生命的研究發(fā)出警告。

他們指出，盡管對鏡像生命的研究充滿熱情且意義深遠，但構(gòu)建一個可行的鏡像微生物可能至少還需要十年的時間，他們擔(dān)心這些人工合成的生物可能會給地球上的生命帶來“前所未有的風(fēng)險”。因此，敦促停止一些研究人員創(chuàng)造鏡像生命的研究，并呼吁資助方明確表示不再支持這類研究。

創(chuàng)造鏡像生命研究中前所未有的風(fēng)險主要體現(xiàn)在，由自然界天然分子的鏡像結(jié)構(gòu)所構(gòu)建的鏡像微生物，可能會在環(huán)境中生存，并繞過自然生物的免疫防御機制，進而使人類、動物和植物面臨致命感染的風(fēng)險。

與此同時，他們還呼吁全球科學(xué)界、政策制定者、研究資助者、民間社會和公眾進行更廣泛的討論，以制定適當(dāng)?shù)那斑M道路。

生命為何會有手性青睞？

手性分子是指那些與其鏡像不能重疊的分子。手性現(xiàn)象這一概念最早由法國化學(xué)家路易斯·巴斯德（Louis Pasteur）于1848年發(fā)現(xiàn)。當(dāng)時，巴斯德在研究酒石酸鹽晶體時注意到它們的形狀呈現(xiàn)兩種不同的鏡像結(jié)構(gòu)，分別為“左旋”和“右旋”，但兩者的化學(xué)性質(zhì)幾乎完全相同，他由此推斷分子結(jié)構(gòu)具有鏡像對稱性。

手性分子具有不可疊加的鏡像 | 來源：報告

如今，手性分子的研究在化學(xué)、醫(yī)藥、生物學(xué)等領(lǐng)域占據(jù)重要位置，許多生物分子（如氨基酸和糖類）具有手性。這些在生命體內(nèi)互為手性異構(gòu)體的分子，其功能卻可能截然不同。例如，藥物中的不同手性異構(gòu)體可能產(chǎn)生完全不同的生物效應(yīng)，甚至一種有療效，另一種可能有毒。

最著名的例子是“反應(yīng)?！保═halidomide，沙利度胺）藥物事件，也是20世紀醫(yī)學(xué)史上最嚴重的藥物災(zāi)難之一。

20世紀50年代后期，沙利度胺作為一種新型的鎮(zhèn)靜劑和止吐藥物，廣泛用于治療孕婦的早期妊娠反應(yīng)。由于當(dāng)時藥物在多國銷售（并未經(jīng)過嚴格的臨床安全測試），尤其是對孕婦使用時的良好鎮(zhèn)靜效果，使其在市場上大受歡迎。然而，從20世紀60年代初期開始，全球各地逐漸出現(xiàn)大量新生兒嚴重肢體畸形的病例。這些嬰兒出生時肢體發(fā)育不全，甚至完全缺少四肢。經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，這些畸形兒與孕婦在懷孕早期服用沙利度胺密切相關(guān)。

研究進一步揭示，沙利度胺具有手性結(jié)構(gòu)，其兩個鏡像異構(gòu)體在體內(nèi)表現(xiàn)出截然不同的作用：一種異構(gòu)體有鎮(zhèn)靜效果，而另一種則具有致畸性，影響胎兒的正常發(fā)育。到這一藥物下架時，它已導(dǎo)致15000名畸形胎兒出生，這是藥物發(fā)現(xiàn)史上的重大悲劇，也是制藥史上的重要轉(zhuǎn)折點。

“反應(yīng)停事件”也促使越來越多的科學(xué)家將目光投向了手性分子這類神秘的物質(zhì)。隨著研究的深入，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了越來越多神奇且令人費解的現(xiàn)象。比如在地球的自然環(huán)境中，左、右旋的氨基酸都有存在，結(jié)構(gòu)也都穩(wěn)定，但是構(gòu)成地球生命的所有蛋白質(zhì)都是右旋的，而構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸卻幾乎都是左旋氨基酸（除了甘氨酸）；再比如生命遺傳物質(zhì)DNA和RNA都是由右旋核苷酸組成。

天然氨基酸色氨酸的化學(xué)結(jié)構(gòu)模型（左）及其鏡像（右） | 來源：Science

而且，許多生物過程對于分子的手性非常敏感。左右手性分子即使化學(xué)組成相同，在生物系統(tǒng)中卻常常具有截然不同的作用。例如，右旋的葡萄糖是細胞的主要能量來源，而左旋葡萄糖幾乎不被人體代謝。手性分子在生物識別和信號傳遞中也扮演著關(guān)鍵角色。酶、受體和抗體等生物大分子往往具有高度的手性專一性，只能識別與自己手性匹配的分子。這種“鎖與鑰匙”的手性配對機制，賦予了生命系統(tǒng)高效的、獨特的自我調(diào)控能力。

因此，生物分子的“手性”被認為是地球生命的基本特征之一。

但是，為什么地球上的生命在起源時會選擇一種特定的手性形式？是否在地球之外存在著與我們使用相反手性分子的“鏡像生命”？

其實這些問題長期以來一直困擾著科學(xué)家，至今仍沒有明確的解釋和答案。而進一步研究“生命的手性偏好”這一神秘現(xiàn)象，不僅能夠加深我們對生物學(xué)和醫(yī)學(xué)的理解，也引發(fā)了人們對于生命起源和宇宙中其他可能形式的生命的無限遐想。

如果創(chuàng)造一個鏡像生命呢？

既然地球上現(xiàn)有生物體對于構(gòu)成生命的重要大分子如蛋白質(zhì)、糖類，都有著單一選擇偏好，那么理論上講，是否存在一個平行世界，那里的所有生命是和地球生命“互為鏡像”的呢？又是否存在一種可能，我們可以人為創(chuàng)造一個由左旋DNA、右旋氨基酸、左旋蛋白質(zhì)和左旋糖構(gòu)成的生物呢？

其實，自從發(fā)現(xiàn)手性現(xiàn)象以來，科學(xué)家們一直在考慮創(chuàng)建鏡像細胞（包括鏡像微生物）的可能性。在前文提到的報告中，科學(xué)家們也詳細探討了創(chuàng)造鏡像微生物的技術(shù)可行性。即通過合成生物學(xué)技術(shù)，將自然界中構(gòu)成生命的具有特定手性的分子，替換為它們的鏡像形態(tài)，形成一種全新的生命形式。

雖然創(chuàng)建鏡像微生物的技術(shù)挑戰(zhàn)巨大，但并非不可實現(xiàn)。比如目前我們的蛋白質(zhì)合成方法，原則上已足以合成構(gòu)建鏡像細胞所需的大部分鏡像蛋白，而且鏡像酶也已經(jīng)被用來構(gòu)建千堿基長度的鏡像RNA和DNA，并且朝著構(gòu)建鏡像核糖體的方向發(fā)展，目前已經(jīng)取得了一系列進展。所以隨著生物技術(shù)的進步，在未來十年內(nèi)創(chuàng)建鏡像微生物將逐步變得更可行。

中心法則的鏡像過程 | 來源：報告

報告同時分析了兩種創(chuàng)建鏡像微生物可能的路徑：

·自上而下的方法：這種方法將現(xiàn)有的自然微生物逐步轉(zhuǎn)變?yōu)殓R像微生物。通過逐漸“翻轉(zhuǎn)”其分子構(gòu)成，一步一步地將自然微生物中的蛋白質(zhì)、核酸等替換為手性異構(gòu)分子，最終獲得完全鏡像化的微生物。

·自下而上的方法：這是一個更為基礎(chǔ)的路徑，即從無生命的鏡像分子開始組裝細胞。這一方法需要先合成鏡像版的基因組、轉(zhuǎn)錄和翻譯機制，再進一步構(gòu)建其他鏡像細胞成分。這種方法雖然技術(shù)難度較高，但具有更重要的科學(xué)研究意義。

目前，已有一小群研究人員和資助者開始明確致力于通過“自下而上”的方法來創(chuàng)造鏡像生命。盡管最早期的鏡像微生物可能在自然界外的生存力有限，僅能在實驗室條件下存活，但如果再通過基因工程技術(shù)，科學(xué)家可以進一步增強其代謝能力和環(huán)境適應(yīng)性，使其在外部環(huán)境中更為堅固和持久。因此報告預(yù)測，隨著技術(shù)的進展，未來可能會出現(xiàn)具備強大生存能力的鏡像微生物。

至此，我們就會產(chǎn)生一個疑問，既然鏡像生命似乎可以和我們一樣穩(wěn)定存在，那為什么自然界中似乎沒有出現(xiàn)過我們的鏡像生命呢？

其實，就地球上發(fā)生的生命起源而言，在宇宙中究竟是極其罕見的事件，還是一定會發(fā)生的事件，當(dāng)前科學(xué)界也沒有足夠的證據(jù)作出明確結(jié)論。如果生命起源是非常罕見的一次偶然事件，那么一種生命形式在地球上出現(xiàn)兩次的可能性非常低。所以，另外一種鏡像生命形式雖然理論上可以存在，但從未在地球上真正出現(xiàn)過，也就很好理解了；如果生命起源曾經(jīng)在地球早期發(fā)生過不止一次，以現(xiàn)在掌握的證據(jù)，我們也不清楚其他生命體是否會與現(xiàn)代生命有很大的相似性，無論是鏡像生命還是其他形式的生命。

因此，最有可能的情況是，地球上從未誕生過類似于鏡像微生物的生命。那么，在地球現(xiàn)有生命的漫長演化過程中，有沒有可能自然翻轉(zhuǎn)出現(xiàn)鏡像生命呢？

其實也不會，因為進化是一個逐步積累有利突變的過程。如果突變能夠一次性逆轉(zhuǎn)一個分子的手性，而每次逆轉(zhuǎn)都會帶來一定的抗性，那么我們可能會在自然生物中看到這樣的變化。然而，手性翻轉(zhuǎn)往往是“全有或全無”的。自然細胞無法通過一系列逐步的變化來構(gòu)建功能性鏡像蛋白質(zhì)，而不會嚴重損害其制造正常蛋白質(zhì)的能力，更不用說同時反轉(zhuǎn)所有生物分子了。因此，通過現(xiàn)有的細胞自然演化出另外一套鏡像細胞，幾乎是不可能的。

也就是說，在我們現(xiàn)在生活的地球上，鏡像生命體可能只能通過實驗室被創(chuàng)造出來。既然創(chuàng)造一個鏡像生命在理論上和技術(shù)上都是可行的，且無法自然演化而成，需要依靠人工創(chuàng)建，那么，現(xiàn)在我們要這么做嗎？

為什么不要去創(chuàng)造鏡像生命？

首先要說的是，鏡像分子具有一定的潛在應(yīng)用價值，例如，可以轉(zhuǎn)化為慢性和難以治療疾病的新療法或藥物，鏡像微生物也可以用來抵抗污染等。盡管如此，科學(xué)家們在報告中仍然強調(diào)，呼吁停止創(chuàng)造“鏡像生命”的研究，并且指出鏡像微生物最令人擔(dān)憂的風(fēng)險在于，它們可能逃避人類和其他多細胞生物的免疫系統(tǒng)。

免疫系統(tǒng)的工作原理很大程度上依賴于分子手性，通過檢測病原體上特定的手性分子來啟動免疫反應(yīng)。然而，鏡像微生物的分子結(jié)構(gòu)是自然手性病原體的鏡像，免疫系統(tǒng)可能無法識別或攻擊這些“翻轉(zhuǎn)”的病原體，進而使得鏡像微生物在環(huán)境中失控擴散，從而威脅多細胞生物的健康與生態(tài)平衡。

鏡像微生物一旦進入人體，可能會引發(fā)全身性感染，導(dǎo)致嚴重的免疫失調(diào)甚至死亡。此外，現(xiàn)有的抗生素大多依賴于對微生物手性分子的靶向作用，因此對鏡像病原體無效。而開發(fā)針對鏡像微生物的新型藥物和疫苗將是一項復(fù)雜且耗時的任務(wù)。

鏡像細菌對人類健康的風(fēng)險 | 來源：報告

鏡像微生物不僅對人類健康構(gòu)成威脅，還可能對整個生態(tài)系統(tǒng)造成災(zāi)難性破壞。

報告還指出，鏡像微生物特殊的手性結(jié)構(gòu)使其能夠抵抗許多自然界中的捕食者。例如，噬菌體（專門攻擊細菌的病毒）無法感染鏡像細菌，因為它們無法識別鏡像結(jié)構(gòu)的受體。同樣，許多原生動物（如變形蟲）通過識別細菌表面分子來捕食細菌，但它們也很可能無法識別或消化鏡像細菌。

如果鏡像微生物在自然環(huán)境中失控，它們可能會迅速擴散，侵入各種生態(tài)系統(tǒng)。由于鏡像微生物無法被常規(guī)捕食者控制，它們可能會在生態(tài)系統(tǒng)中達到非常高的數(shù)量，導(dǎo)致局部生物多樣性下降，并擾亂重要的營養(yǎng)循環(huán)。報告指出，鏡像微生物的入侵可能會對陸地和海洋生態(tài)系統(tǒng)造成不可逆的破壞，特別是通過影響關(guān)鍵物種的生存而導(dǎo)致生態(tài)失衡。

報告還特別強調(diào)了生物安全和濫用的問題。

盡管目前創(chuàng)造鏡像微生物的技術(shù)障礙很高，但這些障礙將隨著時間的推移逐漸減小。一旦技術(shù)成熟，意外的事故或故意濫用將成為主要風(fēng)險來源。鏡像微生物的獨特屬性使得它們比普通病原體更加難以控制，即便是最先進的生物遏制措施也可能存在漏洞。因此，惡意利用鏡像微生物的潛在風(fēng)險將不可忽視。與自然病原體不同，鏡像細菌可以通過基因工程被賦予新的能力，使其難以預(yù)測和應(yīng)對。

“我們所討論的威脅是前所未有的，”報告作者之一、匹茲堡大學(xué)進化生物學(xué)家沃恩·庫珀（Vaughn Cooper）教授說，“鏡像細菌很可能會逃避人類、動物和植物的許多免疫系統(tǒng)反應(yīng)，并在很多情況下都可能引發(fā)不受控制的致命感染?！?/p>

“一旦鏡像細胞制成，想要把那個精靈放回瓶子里就會變得非常困難。這是我們在任何潛在的實際風(fēng)險之前就考慮預(yù)防和監(jiān)管的一個重要動機?！薄犊茖W(xué)》文章作者之一、猶他大學(xué)生物化學(xué)教授、鏡像藥物專家邁克爾·凱（Michael Kay）博士說道。

“除非出現(xiàn)令人信服的證據(jù)表明鏡像生命不會帶來極大的危險，否則我們認為不應(yīng)創(chuàng)造鏡像細菌或其他鏡像生物，即使它們具備工程化的生物遏制措施?！笨茖W(xué)家們在《科學(xué)》文章中寫道。

需廣泛討論以尋找未來路徑

在討論鏡像生命的未來道路之前，需要區(qū)分的是手性分子諸多有價值的應(yīng)用和鏡像生命的風(fēng)險。

目前，手性分子的研究熱點包括手性合成、手性識別、手性催化等方向?？茖W(xué)家們也在不斷探索如何通過催化劑和化學(xué)反應(yīng)精準合成出特定手性的分子，并尋找高效的手性識別和分離技術(shù)，以用于制藥、材料科學(xué)等領(lǐng)域。比如許多手性分子藥物，由于它們是通過化學(xué)方式制造的，因此不會帶來類似創(chuàng)造能夠自我復(fù)制的鏡像微生物那樣的風(fēng)險。

但是對于鏡像生命，報告最終得出結(jié)論，盡管鏡像微生物的創(chuàng)建具有重要的科學(xué)意義和潛在的工業(yè)應(yīng)用，但其帶來的風(fēng)險遠遠大于其潛在的收益。鏡像微生物的特殊性使其對人類健康、動植物以及整個生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成前所未有的威脅。

因此，報告敦促一些研究人員停止創(chuàng)造鏡像生命的研究，并呼吁資助方明確表示不再支持這類研究。同時他們呼吁全球科學(xué)界、政策制定者以及公眾共同努力，制定強有力的監(jiān)管框架和生物安全標準，以防止鏡像細菌技術(shù)的濫用和意外釋放。

不過，對于報告中提及的鏡像生命的風(fēng)險，也不絕對。首先，我們假設(shè)這些異手性的鏡像細菌在實驗室里被創(chuàng)造出來了，并且意外地泄露出去了，那這些鏡像細菌由于缺乏人工合成的各種分子，也很難在自然環(huán)境中生存下去，更不要說不受控地大量繁殖；其次，就算是鏡像細菌在自然界中能夠存活，它們也需要足夠的時間通過突變和自然選擇，來適應(yīng)現(xiàn)存生物，如果時間足夠，或許現(xiàn)存生物也能適應(yīng)它們。

所以，雖然風(fēng)險不一定會發(fā)生，但擔(dān)憂仍是必要的。正如科學(xué)家們在報告中所強調(diào)的那樣，面對未知的鏡像細菌技術(shù)所帶來的復(fù)雜問題，一方面我們需要通過全球范圍內(nèi)的協(xié)調(diào)與合作，來進一步應(yīng)對未知風(fēng)險；另一方面，在當(dāng)前科學(xué)界和公眾之間應(yīng)該開展更廣泛的公開討論，我們是否應(yīng)該發(fā)展鏡像生命的創(chuàng)造？如何發(fā)展？如何有效管理這些技術(shù)的潛在風(fēng)險？這些都需要社會各界共同參與討論。

當(dāng)然最重要的是，報告特別呼吁在科學(xué)家、政策制定者和公眾之間建立良好的溝通渠道，確保在鏡像細菌技術(shù)的發(fā)展過程中，能夠及早采取預(yù)防措施，避免災(zāi)難性后果的發(fā)生。

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