镜像细菌：对交替手性的反思

伸出你的手，手掌向上，移动它们，使它们相互重叠。通过一些实验——也许还有一些相当华丽的手势——你会发现，无论你做什么，你的手都不会完全对齐。恭喜你，你刚刚展示了手性。

手性物体是彼此不可叠加的镜像。手性不仅仅是四肢的一个特征；这是生命的分子构建块（从DNA到糖再到蛋白质）所共有的特征。它决定了分子以及细胞如何相互作用和与环境互动。例如，手性会影响免疫细胞识别微生物表面分子（即抗原）的方式，就像钥匙插入锁一样。

明尼苏达大学遗传学、细胞生物学和发育副教授Kate Adamala博士解释说：“每次你在不完全柔软的事物之间进行任何空间相互作用时，结合伴侣的方向对它们相互作用至关重要。”。“如果没有这种预先商定的手性系统，很难想象任何有效的生物结合的进化。”

每个生物分子通常以单一的构型存在。然而，科学家们越来越能够在实验室中生成这些分子的镜像版本，其中一些具有实际用途。例如，尽管天然手性分子会被细胞酶快速降解，但它们的镜像不会，这促使研究人员探索如何将这些镜像分子（如肽）用作在体内持续更长时间的治疗剂。

这样的创新为一种新的可能性铺平了道路：镜像生物，完全由与我们所知的生命结构相反的分子组成，细菌是一个关键的第一目标。阿达马拉和她的合著者在一份广泛的技术报告中评估了构建镜像细菌的可行性和潜在风险，他们表示，目前不可能产生镜像细菌，至少在十年内，甚至更长的时间内都不可能产生。相反，科学家们最终得出结论，镜像细菌最好留在可能的范围内。

实验性地翻转细菌细胞的手性感觉有点像小众恶作剧。为什么要做这样的事？这个答案引出了大多数人在某个时刻思考过的另一个问题：什么是生命？

虽然镜像细菌看起来像它们天然的手性兄弟，但在许多方面它们是完全陌生的。他们可以帮助确定生命之树是否曾经长出相反手性的树枝。

“这是一个深层次的‘如果’问题，”匹兹堡大学微生物学和分子遗传学教授、ASM候任主席Vaughn Cooper博士说。“我们在地球上的偏见是因为这种分子组合的某种内在益处而存在的，还是仅仅是一次冰冻事故？”

镜像细胞还有其他动机。现存的生命形式只能识别细菌上分子的自然构象——镜像版本对它们来说是不可见的。通常攻击细菌的捕食者，如噬菌体或线虫，将不再能够看到并摧毁它们的目标。

镜像细菌的侦探性质可能在工业发酵中有用，例如，噬菌体污染可能是一个代价高昂的挫折。镜像细胞也会在免疫细胞的雷达下飞行，并可以在体内充当（或传递）治疗药物，而不会引起不必要的反应。

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然而，正是由于这些原因，镜像细菌才造成了问题。J.Craig Venter研究所拉霍亚校区主任John Glass博士说：“一种由镜像组件构建的自我复制生物体——一种能够在野外自我维持和繁殖的生物体——可能对自然界进化的许多控制物种的过程是看不见的。”。

他与阿达马拉、库珀和其他30多名在美国、中国、新加坡、日本和欧洲工作的科学家共同撰写了这篇技术报告和《科学》杂志上的一篇反对产生镜像生命的文章。

人、动物、植物和昆虫的免疫系统识别具有特定方向的分子。如果这些分子被反射，就像它们在镜像细菌上一样，免疫识别将受到损害，基本的免疫防御可能会失败。从现有的免疫缺陷中可以知道，免疫反应减弱可能是致命的。库珀指出：“仅仅在能够识别微生物的盔甲上有一些缝隙就足以使良性细菌成为病原体，因为这些种群没有宿主控制。”。

由于这种普遍减弱的免疫力，镜像细菌可能会引发广泛的感染。由于大多数抗生素（在对抗现有细菌方面已经存在困难）对镜像细菌无效，我们需要开发全新的药物，而且不能保证它们会起作用。

此外，这种抗生素不太可能快速生产，也不太可能达到仅对抗人类潜在疫情所需的规模，更不用说不可能设计药物来保护可能受镜像细菌影响的所有不同生命形式了。

目前不可能制造镜像生物的事实为预防性而非反应性行动创造了机会。

报告合著者、英国塞恩斯伯里实验室组长Jonathan Jones FRS说：“在我们开始失眠之前，重要的是要注意镜像细菌的风险并不是迫在眉睫的。

诸如“哪些研究活动风险最大，我们如何监控它们？”之类的问题摆在桌面上。镜像生物分子本身并没有问题，但促进细菌关键特征自我复制的技术可能会有问题。中国天津大学白杨讲座教授张伟文博士指出，现在共同讨论风险可能会阻止技术达到这一点。

事实上，在最近举行的关于生物技术未来的阿西洛马尔会议上，与会的科学家们就制定镜像生命研究法规的必要性达成了广泛共识，并且产生镜像细菌的风险超过了收益。

展望未来，阿达马拉强调了继续进行跨学科沟通的必要性。作为镜像细胞唯一资助项目的4名主要研究者之一，她和她的同事现在是该报告的合著者，建议不要从事他们曾经从事的工作。在与生态学家、免疫学家和研究人员坐下来讨论镜像细菌后，该团队才意识到潜在的风险。

阿达马拉强调，这些讨论以及由此产生的报告和活动可以而且应该在其他研究领域激发类似的反思性、社区驱动的讨论。

库珀同意了。“这是一个杰出的例子，说明当一群科学家一起工作时可以做多少事情。”