镜像生命会带来不可逆灾难?该研究有望成为生物医学前沿领域?

燕燕说学习技巧 2024-12-23 20:48:45

2024年12月12日,科学杂志发表的一篇文章《Confronting risks of mirror life》掀起了海内外热议,热议原因无外乎以下两点,

1、镜像生命研究一直是个极具争议的研究领域,因其带有极大的风险性与未知性,可能会给人类带来不可逆灾难。

2、文章38位作者中有来自美国顶尖名校斯坦福大学的研究员,还有获得诺贝尔学奖的顶尖专家(2009年诺贝尔生理学或医学奖得主、美国芝加哥大学化学系霍华德休斯医学研究所的Jack Szostak),其瞩目的身份带来的话语权自然容易掀起热议。

那么究竟什么是镜像生命,其为何能掀起不可逆灾难?小佑查阅相关资料,为大家进行简单的分享。

一、镜像生命是什么

国内外科学家研究调查发现,地球上已知的生物都是左旋氨基酸(蛋白质形式)和右旋核苷酸(DNA/RNA组成形式)这两种镜像分子构成,这两种物质的旋转方式具有“同手性 Chirality ”。

同手性你可以理解为竖起大拇指时,你的大拇指弯曲的方向就是镜像分子的螺旋方向。左手大拇指的弯曲方向就是左旋氨基酸的螺旋方向,同理右手就是核苷酸螺旋方向。

关于为什么会出现同手性,目前学术界并未得出确切结论,这是生物进化过程中的自然规律。

而镜像生命就如同人在照镜子时,样貌对称,方向则是相反的,更严谨表示即镜像生命就是对映异构体,分子的化学组成与结构相同,方向相反。

二、国内外研究现状

关于镜像生命的研究始于1848年,毕业于法国巴黎大学的路易斯·巴斯德(Louis Pasteur)发现的镜像化合物。

此后国内外数以万计的科学家踏上了研究镜像生命的征程,但是科学家也发现生物的同手性是进化的必然规律。

因此,纵使科学技术较为发达的今日,也尚未发现右旋氨基和左旋核苷酸分子形式构成的生物。

1、研究现状简述

虽说以目前的科学技术也无法创造出这种镜像生命,但是2022年,已经有科学研究表明能创造出数千kb长度的镜像核酸,以及有一定功能的镜像蛋白质,且这些镜像生物大分子,可以抵抗生物降解。

现目前,中国关于镜像生命的研究还处在一个初步探索阶段,清华大学生命科学学院的朱听团队在镜像生命领域取得了显著成果。

他们实现了镜像T7转录,为镜像生命的发现奠定了基础,该团队还研究了镜像基因的反转录系统,突破了大型镜像蛋白质全化学合成和千碱基长度镜像基因合成的技术瓶颈。

西湖大学的卢培龙团队与清华大学的刘磊团队合作,成功建立了镜像蛋白的从头设计和定向进化体系,实现了针对靶蛋白特定结构表位精确设计镜像结合蛋白。

国外关于镜像研究已经进行到可以合成镜像生物分子的地步,有诸多顶尖高校的学者参与了相关研究。

比如斯坦福大学、哈佛大学、密歇根州立大学的相关学者,并且相关研究人人员正在尝试构建镜像细胞,虽然无法创造镜像生命,但镜像研究的发展十分迅速。

2、未知风险

镜像生命独特的构造是其备受关注的原因之一,也有一部分科学家想通过研究其对映异构体的特质来将其为己所用,

但是目前的科学水平尚未发展到该地步,且尚有研究发现镜像生命存在免疫逃逸风险,一旦该镜像生命体被创造,若是以不利于人类健康的病毒或者细菌形式,那么人类自身的免疫组织将无法进行识别以及攻击,会给感染体带来致命危险。

除此之外,镜像生物可能逃避自然界的捕食者,如噬菌体和原生生物,因为这些生物往往依靠手性介导的相互作用来杀死和限制细菌的数量。但是镜像生物是反手性介导的,因此无法被杀死。

因此,这让无数国内外科学家为此表示担忧,如果提供镜像生物的营养物质,那么镜像细菌就能繁殖扩张,如果再加以一定的基因改造,有可能会突破生物界限,犹如潘多拉魔盒一般带来未知风险。

所以才有了文章开头那一幕,38位顶尖学者公开反对镜像生命研究,该文章指出:

在没有出具镜像生命的创造能够造福人类的证据之前,不应该创造镜像生命,这可能会对人类带来不可逆的灾难。

三、镜像生命与生物医学

镜像生命研究与生物医学密切相关,镜像生命的研究一般属于生物医学领域的分支。

虽然镜像研究会带来未知风险,但其独特的对异性构造也能为相关研究提供一定的现实意义和生物医学研究价值,在未来,有望成为生物医学领域研究的前沿方向。

首先,镜像分子可能成为开发新型药物的重要工具。由于人体内的酶无法识别和分解镜像分子,使用镜像氨基酸合成的药物可能具有更长的半衰期,减少用药频率,提高治疗效果。此外,镜像药物可能不易被人体免疫系统识别,在一定程度上降低了产生不良反应的风险。

其次,镜像生命研究可能推动对生物技术和材料科学的新理解,特别是在合成生物学领域。并且镜像生命研究可能有助于开发新的环境治理技术,例如利用镜像生物分子降解污染物。

总而言之,镜像生命研究代表了科学的新疆界,它不仅推动了我们对生命本质的理解,还为生物技术和医药领域带来了新的可能性。不过这一领域的发展也需要谨慎评估潜在风险,并制定相应的安全措施和伦理指导原则。

相关领域留学路径

镜像生命研究属于新兴小众医学领域,尚未形成完整体系与研究框架,因此小佑暂未检索到国外有相关院校开设此专业研究与招生项目。

相关领域留学路径一般有两条:

1、对此方向感兴趣的同学可自行设计相关研究项目,自带相关研究经费去意向大学寻找相关导师,征得其同意后进行合作。

2、同时,可以考虑申请合成生物医学、生物工程、生物安全等相关领域的课程。

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