关于使用镜像分子创造生命形式的风险，科学界已发出严重警告。我们应该在多大程度上保持警惕呢？

在未来的几十年里，人类或许能创造一种全新的生命形式：镜像细胞。这种细胞的每个分子都是天然细胞分子的镜像版本。在地球45亿年的历史中，此类细胞可能从未存在过。然而，有朝一日，我们会将其变为现实——或许是出于开发新药物的需求，也或许纯粹是出于对生命起源与演化过程的科学好奇。

但我们应该迈出这一步吗？由合成生物学家与生物安全专家组成的联盟对此给出了坚决的否定答案。他们认为，镜像生命将会使地球上的所有生物面临前所未有的健康风险。一旦失控，人类可能永远无法重新捕获它，进而导致大规模的致死性感染。

这听起来有点儿像世界末日般的威胁，但若人类最终成功创造出这种新的生命形式，其危险性是否真的如该联盟所言？虽然镜像生命的实现可能仍需数十年，但当下我们是否可以做些什么来降低风险呢？

生命分子的手性之谜

许多生命必需分子都能以两种互为镜像的形态存在，如同人的左右手。这些手性分子（根据其特性有左旋、右旋之分）的结构差异会使它们呈现出截然不同的生物学行为。无论你如何旋转一个左旋分子，它都无法与右旋分子完全重合。

地球现存所有生物体的DNA都是右旋的，而蛋白质则是左旋的。这种构型方式似乎早在生命起源初期就已确立，因为生命系统需要始终一致的手性才能高效运作。人体细胞内的分子必须恰到好处地组合在一起，有时如同一把钥匙配一把锁那样精确，因此，如果左右旋分子混杂在一起，系统运作就会一团乱麻。

地球现存所有生物体的DNA都是右旋的，而蛋白质则是左旋的

没有人知道生命为何选择这种特定的手性模式。这可能只是进化过程中被固定下来的一次偶然选择，我们可以称之为“冻结事件”。如果这是真的，宇宙其他角落的生命或许采用了与地球生命相反的手性系统。又或者说，右旋DNA与左旋蛋白质相比其镜像可能具有某种微妙优势，使得其能够在竞争中胜出。

合成生物学的突破

为探索这些问题，生物化学家开发出了制造镜像分子的技术。他们构建了完整的右旋蛋白质与左旋核酸（DNA的组成部分），只要组合起来，这些镜像分子就能完美地发挥作用。在2016年的一项研究中，现任职于杭州西湖大学的朱听及其团队构建出了可被镜像酶复制的镜像DNA链。

与此同时，合成生物学家正在以更加雄心勃勃的方式改造活细胞。早在2010年，美国加州克雷格 · 文特尔研究所的克雷格 · 文特尔（Craig Venter）团队就移除了一个细菌细胞的所有DNA，并用他们自行合成的基因组取而代之。后续研究为细胞提供了经过大量编辑的基因组（比自然界中的基因组更简单）。最终，研究人员或许能够构建完全由人工合成的细胞，即用合成的化学物质从头组装活细胞。

芝加哥大学的生物学家杰克 · 绍斯塔克（Jack Szostak）指出：“50年来，生物化学的核心课题一直是重构细胞内发生的活动，而终极目标就是重构整个细胞。”他认为，随着镜像分子制造技术与合成细胞构建方法的进步，人类终将抵达两者的交汇点——创造镜像细胞，其所有手性分子均与现存生命手性相反。“这可能还需要相当长的时间，预估是在10年到50年之间，具体取决于有多少个步骤容易实现、有多少个步骤难以达成。”绍斯塔克说道。

绍斯塔克还与包括文特尔在内的37位合著者共同评估了创造镜像生命的益处与风险。他们于2024年12月在《科学》（Science）杂志上发表了研究结论：“鉴于镜像细菌等镜像生物可能引发的灾难性风险，我们不应该进行此类创造。”

理论上，多种镜像生命都可以被创造出来，而其中的大多数即便被创造出来也无危害，或者本身就极难实现。例如，镜像病毒应该是可以被制造出来的，因为病毒比细胞小得多，结构也更简单，只是被蛋白质外壳包裹的一段核酸而已。然而，病毒只能通过感染宿主细胞并接管“这台机器”才能进行繁殖——绍斯塔克认为，由于整个过程涉及DNA等手性分子，因此镜像病毒无法感染天然细胞，它只能在镜像细胞中增殖。

相比之下，镜像动植物极其难以构建，因为它们是由更大、更复杂的真核细胞构成。“这显然困难得多，现阶段也遥不可及。”绍斯塔克如是说。

入侵的镜像细菌

绍斯塔克及其团队重点关注的是镜像细菌的创造。这是一种单细胞生物，其类型可追溯至数十亿年前地球最早的生命形式。

“出于安全考虑，我们不应该制造镜像细菌。”绍斯塔克最开始思考镜像生命时并不认同这一观点。能引发疾病的病原菌拥有可以逃避宿主免疫系统攻击并侵袭宿主组织的特殊机制，这种机制主要依赖于手性分子。“当我最初涉足这一领域时，我的第一反应与大多数人一样，认为成为病原体是一种高度进化的状态，”绍斯塔克说，“你可能会认为，镜像细菌绝不可能成为病原体。”然而，他与团队最后得出的结论是：镜像细菌无需成为专业病原体就能造成严重危害。

免疫系统一般通过锁定细菌外壁上的特定分子来识别细菌，而这些分子都具有手性。因此，镜像细菌很可能不会被我们的免疫系统发现，且不会被人体清除。

随后，细菌需要寻找营养源。人体内的一些营养物质，如氨基甘氨酸，是非手性的，因此镜像细菌能够摄取它们。绍斯塔克指出：“这些物质的浓度较低，营养价值似乎不如葡萄糖等物质。这可能意味着镜像细胞只能缓慢生长。不过，它们没有被灭杀这一事实表明其增殖潜力无上限。”

此外，镜像细菌不会局限于单一的宿主类型——这与通常仅感染有限物种的病原菌不同。理论上，镜像细菌可以在任何生态系统、任何生物体内增殖。绍斯塔克及其团队写道：“我们不能排除这样的可能性——镜像细菌在许多生态系统中充当入侵物种，导致包括人类在内的相当一部分动植物物种遭受普遍的致死性感染。”伦敦国王学院的菲利帕 · 伦佐斯（Filippa Lentzos）博士认为，镜像细菌将成为宿主范围异常广泛的病原体。

镜像生命的失控风险

科学界的担忧在于：镜像细菌可能会从制造它的实验室中逃逸并造成严重破坏。尽管实验室可被设计得高度安全，但事故仍有可能发生。更严峻的情形是：镜像细菌可能会被流氓政府或恐怖分子当作武器。

镜像细菌一旦进入自然环境，将极难控制。理论上，我们可以合成镜像抗生素灭杀它们，但这并非万能药。绍斯塔克表示：“我们或许能保护少数人或动物，但无法在全球范围内部署此类措施。”

以上是主张禁止方的观点。然而，《新科学家》（New Scientist）杂志采访的多位生物安全专家对镜像生命却持有不同看法，主要是考虑到镜像细菌尚不存在，其风险具有高度的不确定性。

第一个分歧在于：镜像生命可能数十年后才会出现，当前是否值得讨论该议题。奥地利跨学科研究与科学传播公司Biofaction的创始人兼CEO马库斯 · 施密特（Markus Schmidt）表示：“到目前为止，世界上还没有人接近能够从头开始合成细胞。”尽管合成生物学发展迅速，但我们尚无法制造合成细胞的事实表明我们实际上并没有真正理解细胞的运作机制。因此，施密特认为，我们距离构建镜像细菌还有极其漫长的道路要走。他表示，当前存在更加紧迫的生物学挑战。

相比之下，伦佐斯则认为，尽早提出该议题堪称“典范之举”。她指出，开发新技术的科学家往往只会在准备将新技术推向市场时才让公众“参与”进来，此时，相关人员已将自己的职业生涯与该技术绑定在一起，且会有大量资金牵涉其中。“你都走到最后一步了，想必无论别人说什么，都难以有所改变，”她说，“所以，我们最好还是在非常早期的阶段就提出自己的顾虑。对我而言，这是负责任科研理念在实践中得以贯彻的一个典型示例。”

第二个分歧在于：镜像细菌是否真能在人体内或在受控实验室之外的任何环境中存活。亚利桑那州立大学的凯瑟琳 · 沃格尔（Kathleen Vogel）教授说：“或许它们进入自然环境后就会死亡。”诚然，与野生生物相比，基于合成生物学创造的生物体往往较为脆弱。绍斯塔克表示：“如果有人想制造镜像细菌——或许只是为了证明其技术可行性——那么首个产物很可能存在严重缺陷。”不过话又说回来，一个技术过硬、能成功合成镜像细菌的团队，完全有可能赋予镜像细菌更强的生存能力。

此外，有多种基因工程技术手段可以对镜像细菌加以限定。例如，细胞可以被设计成完全依赖于自然界中不存在的单一营养物质。“停止供给时，它就无法存活。”施密特说道。或者，赋予细胞一个倒计时机制，使其能够在特定时间自毁。设计者甚至可以重构细胞的遗传密码，使其与现存生物的遗传密码都不兼容。通过叠加多重控制机制，镜像细胞在自然界中失控增殖的可能性会变得微乎其微。

在自然环境中存活？

简而言之，镜像细菌并非必然能在自然环境中存活，负责任的研发者完全可以通过基因工程技术手段大幅降低其环境适应能力。然而，前提是镜像细菌的研发者始终都以人类福祉为最高准则。

伦佐斯说：“也可能存在意图险恶之人。”在最极端的情况下，甚至可能会有人将镜像细菌改造为致病菌——本质上是想将其作为大规模杀伤性武器。

当然，我们确实也有禁止此类武器的法律：1975年的《禁止生物武器公约》（Biological Weapons Convention）就明确规定全面禁止生物和毒素武器。“公约文本中虽未出现‘镜像细菌’字样，”伦佐斯指出，“但其条款表述的广泛性足以覆盖此类新型威胁。”

问题的关键还是在于执法。绍斯塔克表示：“如果真的有人恶意实施此事，要阻止是极其困难的。”

不过，沃格尔认为，制造这种武器难度巨大，这本身可能就形成了一种保护。她解释说：“实证证据表明，研发能造成大规模伤亡的生物武器面临极高的技术门槛，即便是掌握了全要素资源（专业知识、基础设施、精密设备）的国家，在研发此类武器的过程中也屡遭挫败。” 这主要是因为生物体对生存环境具有极高要求，而人工改造的生物体又特别脆弱。但无论如何，尚未发生之事并不意味着永远不会发生。

创造镜像生命的益处评估

尽管制造镜像细菌存在多重风险，但如果确实能带来显著益处，人们或许愿意冒险一试。然而，实际情况是，学界已达成共识：其所能带来的益处微乎其微，甚至根本没有。

绍斯塔克说：“可将镜像细菌作为生物工厂来制造镜像分子。”这些镜像分子确实有应用价值，尤其是作为免疫系统无法降解的长效药物。“但我认为镜像细菌在这方面的优势其实相当有限，因为化学合成镜像分子的技术已经相当成熟。”

除此之外，唯一的其他好处就是驱动纯粹的科学好奇：镜像细胞会是何种形态？相较于对应的天然细胞，其行为模式会有什么不同吗？

基于此，伦佐斯认为相关的风险-收益评估结果明确。她强调：“系统权衡风险与潜在益处确实很有必要，就本议题而言，潜在益处极为有限，而风险却非常高。因此，我支持应该禁止此类研究的结论。”

生物安全防控体系的构建

对施密特而言，关于镜像生命的讨论指向一个更广泛的议题——如何对各类合成与改良生物体实施有效控制。他指出，镜像生命涉及的许多所谓的风险同样适用于其他合成与改良细胞。“任何非天然生物构型的创造，都将引发与镜像生命同样的生物安全担忧。”

当前，合成生物学正在快速发展，每年都会涌现各类改良生物分子与生物体。但施密特认为，与之配套的生物防控系统研发投入还是不够。他呼吁将更多的注意力与资金投向生物安全领域，以构建多重防控体系，通过物理防护或其他手段实现对合成与改良生物体的有效控制。

从这个角度来看，镜像细菌只是未来数十年人类将创造的众多合成生物体（它们都需要被谨慎管控）之一。这些潜在新生命形态对人类文明的生存威胁等级，本质上取决于我们能否建立有效的防控体系。

资料来源 New Scientist