大多数主要的生物分子,包括所有蛋白质,DNA和RNA,朝一个方向或另一个。换句话说,它们是手性或交手。就像左手套只适合左手和右手手套一样,手性分子只能与其他兼容手的分子相互作用。
两种手势是可能的:左右,正式称为拉丁语钳和D德克斯特。地球上的所有生命都使用L蛋白和D糖。甚至古细菌,一大批具有异常化学成分的微生物,坚持使用它们使用的主分子的手段。
很长一段时间以来,科学家一直在猜测生物聚合物可以反映在自然界中但相反的取向 - 即由D蛋白和L糖制成的化合物。近年来,人们看到了一些有希望的进步,包括可以做出的酶镜子RNA和镜子DNA。
当科学家观察到这些镜子分子的行为就像它们的自然等效物一样,他们认为可以从它们中制造一个整个活细胞。
镜像细菌特别有可能成为有用的基础研究工具 - 可能允许科学家首次研究新的生命树,并解决生物工程和生物医学中的许多问题。
这个所谓的镜子生活- 由与构成自然生命的人相反手性的构建块制成的活细胞可能与自然活细胞具有非常相似的特性。
他们可以生活在相同的环境中,争夺资源,并像您对任何生物体的期望一样行事。他们将能够从其他捕食者和免疫系统中逃避感染,因为这些对手无法识别它们。
这些功能就是为什么像我这样的研究人员首先被镜像生活所吸引的原因。但是这些素质也是这项技术使其成为问题的巨大错误。
我是一个合成生物学家谁研究化学来创建活细胞。我也是一个开发工具的生物工程师对于生物经济。作为培训的化学家,工程镜面的生活最初似乎是回答有关生物学基础问题并实际上将这些发现应用于行业和医学的有趣方式。
但是,当我更多地了解镜像生活的免疫学和生态学时,我意识到了这项技术的潜在环境和健康后果。
关于假设镜子生活的真正关切
重要的是要注意,研究人员可能是至少10到30年从创建镜子细菌。在诸如合成生物学之类的快速发展领域的时间范围内,十年是很长的时间。创建合成细胞本身很困难。创建镜像会需要几个技术突破。
但是,它会有风险。如果镜像被释放到环境中,他们可能会迅速扩散而没有太多限制。使生态系统保持平衡(包括感染和捕食)的自然机制将无法对镜像生命作用。
像大多数生命形式一样,细菌容易受到病毒感染的影响。这些细菌,,,,或噬菌体,通过结合其表面受体进入细菌,然后使用其细胞机械复制。但是,正如左手套不适合右手一样,天然噬菌体也无法识别镜像受体或能够使用其机械。镜子寿命可能对病毒具有抵抗力。
在环境中觅食的微生物还可以控制细菌种群。他们区分食物与非食品通过使用化学“味道”受体。这些受体与细菌和有机碎屑等结合的任何东西都被认为是可食用的,而无法与这些受体结合的事物(例如岩石)被分类为不可食用的。
想想狗在厨房地板上觅食的方式会如何吃面包卷,但只会嗅勺子然后继续前进。对细菌捕食者而言,镜子的寿命比面包更像是汤匙 - 捕食者会用他们的受体“嗅”它并继续前进,因为这些细胞无法结合。
对于镜像细菌而言,被吃掉的安全是好消息,因为它可以自由复制。对于其他生态系统来说,这将是更糟糕的消息,因为镜像可能养活所有营养,无法控制地传播。
即使镜细菌没有主动攻击其他生物,它们仍然会消耗其他生物所需的食物来源。而且,由于由于缺乏捕食而导致的镜细胞的死亡率比常规生物要低得多,因此它们会缓慢但肯定会占领环境。
即使镜细胞的生长比正常细胞的慢,它们也能够生长而不会阻止它们。
免疫力不足
免疫系统是另一种无法“嗅出”镜像的生物控制机制。
您的免疫细胞不断检查他们在血液中发现的一切。免疫细胞的决策树相当简单。首先,确定某物是否还活着,然后将其与其“自我”数据库(您自己的单元格)进行比较。
如果它还活着,但不是您的一部分,那么它需要被杀死。镜像可能不会通过第一步该屏幕:它不会引起免疫反应,因为免疫系统无法识别或结合镜细胞抗原。这意味着镜细胞可以感染空前的宿主。
您可能会认为可以用同一手的抗生素治疗镜像细菌感染。这可能会起作用,甚至可能比常规抗生素疗法更容易。因为抗生素也被交给这些药物的镜像不会影响您的肠道微生物组,就像普通抗体不会影响镜像细胞一样。
但是人类是一个相对的小部分生态系统。所有其他动物和植物也可能易受镜像病原体感染。虽然可以想象开发镜像抗生素来治疗人类感染,但实际上不可能治疗整个植物和动物世界。
如果所有生物都容易受到镜像细菌的缓慢感染的影响,则无法在整个生态系统中部署好的治疗方法。
安全比对不起
Mirror Life是一个令人兴奋的研究主题,也是一种潜在的工具,具有一些在医学和生物技术方面的实际应用。但是对于包括我在内的许多科学家而言,这些好处都不超过对人类健康和反映生活所带来的环境的严重后果。
I和一群免疫学,生态学,生物安全和安全研究人员(包括一些曾经积极从事镜像生活的人)对可能的镜子生活的可能担忧进行了彻底的分析。无论我们如何看待它,直截了当或在镜子里,结论都是明确的:工程镜子寿命的潜在好处是不值得风险。
没有办法使任何完全万无一失的东西,其中包括内置在镜像中的任何保障措施,可以防止意外或故意释放进入环境的风险。在包括我们在内的这个领域工作的研究人员可能会感到失望。但是,不制作镜像可以确保地球的安全性。
在全球科学界之间进行了更多讨论,涉及哪些关于镜像生物分子和相关技术的研究是安全的,以及如何调节这项研究 - 可以帮助保护潜在的危害。
将镜像保持在镜子内,而不是使它们成为物理现实,这是保持安全的最清晰的途径。