当你照镜子时,映出的本质上就是你,但你的所有特征却完美反转。这说明了我们在分子的微小世界中也看到的一种现象。
有些分子以自身的镜像形式存在,称为“对映体”,不能相互叠加。这个概念被称为手性,或“惯用手”。这很重要,因为相同分子的镜像在生物学中可以产生完全不同的效果和功能。
写作在《科学》杂志上,由 40 名知名科学家组成的小组警告说,在未来十年内,有可能创造出由这些对映异构体组成的完整镜像生命形式,特别是微生物生命,例如。他们认为,这构成了真正的危险。
他们认为,“镜像细菌”可能会逃避人们的免疫系统,从而导致致命的感染。这种感染还可能导致很大一部分动植物物种流离失所,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并且可以执行完全相同的功能一样。这些分子也具有完全相同的化学性质——但由于未知的原因,大自然倾向于仅用此类分子的一种版本来构建生命。
例如,氨基酸(蛋白质的组成部分)是左旋的,而糖是右旋的。这分子是右旋螺纹。
这种选择性手性定义了分子在生命系统中如何相互作用。它影响药物和酶(加速反应的生物催化剂)在我们的身体中发挥作用,以及我们如何感知味道和气味。例如,分子木炭可以闻到留兰香或香菜种子的气味,具体取决于您从哪个“镜像”版本的分子中获得这种气味。
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其他镜像分子具有更深远的影响。该药沙利度胺以两种形式存在。其一是治疗孕吐的强效药物;镜像版本会导致毁灭性的出生缺陷。
这就引出了一个问题:如果我们能够制造存在于镜子另一边的生物分子会怎么样?这项研究背后的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源自生物分子,例如(蛋白质的小片段),可用于治疗癌症。但尽管天然蛋白质和肽很有效,但它们面临着一个重大限制:它们在体内很快降解。
这是因为我们体内的酶经过进化可以分解生物分子进行回收,能够非常有效地靶向天然肽。因此,这些癌症治疗可能需要频繁给药才能确保有效。
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,但仍然可以被设计用于靶向癌症。并构建这些已经可以实现:我们已经实现了 DNA 的反射、功能齐全的“镜像酶”等等。
镜子生活的风险
镜像分子的潜在好处非常诱人。显然,下一步将是创造完整的镜像生物体,完全由反映自然版本的分子制成。
已经有研究小组致力于构建细菌。换句话说,他们正在尝试合成生物分子并将其组装成功能细胞。
虽然从头开始制造镜像细菌可能还需要十年的时间,但人们已经真正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,如果它能够反映生命的话逃离实验室(并且有很多发生这种情况的例子),可能会产生毁灭性的后果。
最紧迫的担忧是镜像细菌可能逃避人类、动物和植物的免疫系统。我们的免疫防御依赖于识别自然病原体(引起疾病的生物体或其他病原体,例如病毒)中发现的保守分子模式,所有这些都是由左手氨基酸构建的。镜像细菌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。
镜像细菌还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,从而使它们不受控制地增殖。
这可能会导致镜像细菌的入侵,取代本地物种,破坏食物网并改变营养循环,从而可能导致连锁生态后果。
科学家们对镜像生命的警告是惊人的——部分是因为它出现在这样一份享有盛誉的学术期刊上,但也因为它有严格的理论支撑。300页技术分析。
他们强调镜像生物体的非凡风险的鲜明信息可能听起来像科幻惊悚片的情节,但这些担忧是基于有效的科学推理。
镜像细菌提出了独特且前所未有的挑战。然而,这并不是一场明天就会发生的危机。创建完整镜像生命的技术障碍仍然很大,这为国际社会提供了充足的时间来考虑其应对措施。科学家们还承认,除了纯粹出于好奇心驱动的研究之外,他们很难想象出任何令人信服的理由来开发全镜像生物体。
通过现在采取行动——通过强有力的治理、认真的监督和国际合作——我们可以负责任地指导镜像生物分子的开发,同时确保防止完整镜像生命的产生——除非其风险得到明确理解和减轻。