2025-06-02 04:19来源:本站
当你照镜子的时候,镜子里的倒影基本上就是你,只不过是你所有特征的完美反转。这说明了我们在分子的微小世界中也能看到的一种现象。
有些分子是自身的镜像,被称为“对映体”,它们不能相互叠加。这个概念被称为手性,或“手性”。这很重要,因为相同分子的镜像在生物学中可能具有完全不同的效果和功能。
一个由40位著名科学家组成的小组在《科学》杂志上撰文警告说,在未来十年内,有可能创造出由这些对映体组成的完整镜像生命形式——具体来说,是细菌等微生物生命。他们认为,这构成了真正的危险。
他们认为,“镜像细菌”可以逃避人类的免疫系统,导致致命的感染。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,彻底破坏环境。
镜像分子在结构上是相同的,就像你的左手和右手在结构上是相同的,可以执行完全相同的功能。这些分子也具有完全相同的化学性质——但由于未知的原因,大自然倾向于只从一种这样的分子中构建生命。
例如,构成蛋白质的氨基酸是左手性的,而糖是右手性的。DNA分子是一条右旋螺纹。
这种选择性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(加速反应的生物催化剂)的功能,以及我们感知味道和气味的方式。例如,香芹酮分子既可以闻起来像绿薄荷,也可以闻起来像葛缕子种子,这取决于你从哪个分子的“镜像”版本中获得这种气味。
其他镜像分子具有更深远的意义。药物沙利度胺以两种形式存在。一种是有效治疗晨吐;镜像版本会导致毁灭性的出生缺陷。
这就引出了一个问题:如果我们能制造出存在于镜子另一边的生物分子呢?这项研究背后的驱动力部分来自好奇心,但它也有实际应用。
医学治疗越来越多地来自生物分子,如肽(蛋白质的小片段),可用于治疗癌症。尽管它们很有效,但天然蛋白质和多肽面临着一个显著的限制:它们在体内降解得很快。
这是因为我们体内的酶是为了分解生物分子进行循环利用而进化出来的,它们对天然肽的作用非常有效。因此,这些癌症治疗可能需要频繁给药以确保其有效。
然而,由镜像氨基酸构建的类似肽可能不会被这些降解系统识别,但仍然可以设计用于靶向癌症。构建这些镜像生物分子已经是可以实现的:我们已经制造出了DNA的镜像,功能齐全的“镜像酶”等等。
镜像分子的潜在好处是诱人的。显然,下一步将是创造完全镜像生物,完全由自然版本的反射分子制成。
已经有研究小组在“从头开始”构建细菌。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。
虽然从头开始制造镜像细菌可能还需要10年的时间,但人们已经开始担心这项研究可能会带来什么结果。在《科学》杂志上发表文章的40位科学家担心,镜像生命如果从实验室中逃脱(这种情况有很多),可能会造成毁灭性的后果。
最直接的担忧是镜像细菌可能会逃避人类、动物和植物的免疫系统。我们的免疫防御依赖于识别在自然病原体(一种生物体或其他病原体,如病毒)中发现的保守分子模式,所有这些都是由左旋氨基酸构成的。镜像细菌将缺乏这些可识别的模式,使我们的免疫系统对它们的存在视而不见。
镜像细菌也可能以不可预测的方式破坏生态系统。例如,它们可能能够逃避病毒感染和细菌抗生素等生物控制,使它们能够不受控制地增殖。
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,可能导致连锁反应的生态后果。
科学家们对镜像生命的警告令人震惊,部分原因是它出现在如此有声望的学术期刊上,但也因为它是由一份300页的严格技术分析支撑的。
他们强调镜像生物的巨大风险,这一严厉的信息听起来可能像是科幻惊悚片的情节,但这些担忧是基于有效的科学推理。
镜像细菌提出了一个独特的、前所未有的挑战。然而,这不是一场明天就会爆发的危机。创建全镜像生命的技术障碍仍然很大,为全球社会提供了充足的时间来考虑其应对措施。科学家们也承认,除了纯粹出于好奇心的研究之外,他们很难想出任何令人信服的理由来开发完全镜像的生物体。
现在就采取行动——通过强有力的治理、仔细的监督和国际合作——我们可以负责任地指导镜像生物分子的发展,同时确保防止完整镜像生命的产生——除非它的风险得到明确的了解和减轻。