鏡像分子生物學(xué)研究是否應(yīng)被叫停？未來潘多拉魔盒還是科學(xué)寶庫？

圖注：鏡像生物學(xué)世界蘊含著近乎無限可能：從生物學(xué)結(jié)構(gòu)、功能到生命本身，無論利弊，理論上均可在鏡像版本中重現(xiàn)。

編者按：
2024年12月，美國《科學(xué)》雜志發(fā)表政策文章《對抗鏡像生命的風(fēng)險》（Confronting risks of mirror life. Science 386, 1351–1353, 2024）[2]。該文 38 位作者中，包括兩位諾貝爾獎得主、16位各國科學(xué)院院士，以及美國政府科技官員、蘭德公司研究人員。文章呼吁各國通過限制經(jīng)費支持等方式暫停鏡像生命及部分相關(guān)技術(shù)的研究，直至其安全性通過驗證后再恢復(fù)。該文一經(jīng)發(fā)表便引發(fā)廣泛關(guān)注，《紐約時報》《科學(xué)美國人》等主流媒體紛紛跟進(jìn)報道，并將其渲染為可能造成嚴(yán)重破壞（could wreak havoc）的研究[25, 26]。好萊塢甚至還以此為題材，拍攝了一部僵尸恐怖片《鏡像生命：當(dāng)代僵尸》（Mirror life: modern zombies）[27]。

此后，包括其他多位諾貝爾獎得主及各國科學(xué)院院士在內(nèi)的多國科學(xué)家，陸續(xù)對該文提出諸多質(zhì)疑[19–22, 28–31]，例如：為何該文作者中缺乏鏡像分子生物學(xué)領(lǐng)域研究者？當(dāng)前技術(shù)水平距離實現(xiàn)人工合成鏡像生命還有多遙遠(yuǎn)？是否過度夸大了鏡像生命的風(fēng)險？是否忽視了該領(lǐng)域的眾多益處？是否值得動用大量社會資源防控如此遙遠(yuǎn)的潛在風(fēng)險？僅憑假想中的遠(yuǎn)期風(fēng)險便“預(yù)防性地”對當(dāng)前研究出臺暫停禁令是否合理？是否會樹立任何主體均能以此為由叫停非本領(lǐng)域研究的先例？

2025年3月，蘭德公司發(fā)布報告，指出中國已處于鏡像生物學(xué)研究的世界領(lǐng)先地位（world leader in mirror biology research），并敦促美國確立主導(dǎo)權(quán)（establish U.S. leadership）[32]。在此后美國科學(xué)院、工程院、醫(yī)學(xué)院舉辦的專題會議上，美國政府科技官員特別提及西湖大學(xué)正在開展的合成鏡像核糖體研究，稱其雖存在遙遠(yuǎn)的潛在風(fēng)險，但也有望為生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)帶來顛覆性變革（work wonders for the biomedical industry），并將其視作大國競爭中的一項宏大科學(xué)挑戰(zhàn)（national challenge, grand challenge）[30]。

2025年9月，英國《自然》雜志邀請鏡像分子生物學(xué)領(lǐng)域開創(chuàng)者之一、西湖大學(xué)朱聽教授，發(fā)表評述《未知之鏡：鏡像分子生物學(xué)研究是否應(yīng)被叫停？》（Mirror of the unknown: should research on mirror-image molecular biology be stopped? Nature 645, 588–591, 2025）。該評述提出，與其因擔(dān)憂遙遠(yuǎn)的潛在風(fēng)險而叫停當(dāng)前研究，不如在前沿創(chuàng)新與倫理安全之間尋找有機(jī)平衡，發(fā)掘技術(shù)突破的巨大潛力，擁抱鏡像生物學(xué)世界的無限可能。本文為該評述的中譯文。

撰文｜朱聽?

2025年9月，來自合成生物學(xué)、微生物學(xué)及其他相關(guān)領(lǐng)域的專家齊聚英國曼徹斯特，共同探討人工合成生命的潛在益處與風(fēng)險。會議的核心議題之一是如何限制鏡像分子生物學(xué)研究，以防范人工合成鏡像生命可能帶來的潛在風(fēng)險。會后，美國科學(xué)院、工程院、醫(yī)學(xué)院及其他機(jī)構(gòu)還將主辦多場專題會議，圍繞該議題展開進(jìn)一步討論。

地球上已知生命的絕大多數(shù)生物分子都具有特定的手性（chirality），其中氨基酸為左旋，DNA為右旋。而假想中的鏡像細(xì)菌及其他鏡像生物體，則完全由相反手性的分子組成，如右旋氨基酸和左旋DNA，有觀點擔(dān)憂其或?qū)σ阎鼧?gòu)成潛在風(fēng)險[1–3, 16, 17]。例如，某些鏡像生物體可能逃逸免疫系統(tǒng)識別、抵抗藥物殺傷、避開自然界天敵捕食，進(jìn)而對人類、動植物乃至生態(tài)系統(tǒng)造成潛在危害[2, 3]。

毋庸置疑，科學(xué)界應(yīng)承諾不合成任何手性構(gòu)型的、可能危害人類健康或自然環(huán)境的分子與生物體。在鏡像分子生物學(xué)的起步階段，鼓勵公眾參與該領(lǐng)域的倫理討論，對保障研究始終沿著審慎盡責(zé)、符合倫理的軌道推進(jìn)具有重要的建設(shè)性意義。然而，面對領(lǐng)域內(nèi)的諸多未知與遙遠(yuǎn)的潛在風(fēng)險，科學(xué)界在制定防范措施時，須審慎而行。

鏡像生物學(xué)世界的概念由來已久，1860年由法國化學(xué)家、微生物學(xué)家路易?巴斯德（Louis Pasteur）首次提出[4]。圍繞人工合成鏡像生命的潛在利弊，科學(xué)界已討論了三十余年[1–3, 16, 17]。但近幾個月來，討論焦點驟然轉(zhuǎn)向，出現(xiàn)了對相關(guān)基礎(chǔ)研究及其經(jīng)費支持實施嚴(yán)格限制的呼吁[2, 18]。

目前，關(guān)于人工合成鏡像生命何時能實現(xiàn)，該領(lǐng)域及相關(guān)技術(shù)存在哪些潛在益處與風(fēng)險，是否應(yīng)出臺暫停禁令，以及若實施暫停需具體限制哪些方向等問題，各方仍存在廣泛爭議[19–22]。

鑒于該領(lǐng)域當(dāng)前仍存在大量懸而未決的問題，科學(xué)界應(yīng)立足現(xiàn)有事實，客觀研判人工合成鏡像生命所需的技術(shù)條件，以及鏡像分子生物學(xué)研究的潛在利弊，這對于彌合分歧、推動理性討論至關(guān)重要。

01 遙遠(yuǎn)未來

2024年12月，近40位來自合成生物學(xué)、生態(tài)學(xué)及免疫學(xué)等領(lǐng)域的專家在美國《科學(xué)》雜志上聯(lián)合發(fā)表了一篇政策文章[2]，并在線發(fā)布了一份長達(dá)299頁的技術(shù)報告[3]。兩份文件指出，若實現(xiàn)人工合成鏡像生命，可能對人類、動植物及生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成前所未有的風(fēng)險（pose unprecedented risks）。此后，英國、美國、法國與荷蘭等地相繼召開多次專題會議。

然而，當(dāng)前技術(shù)水平距離實現(xiàn)人工合成鏡像生命還有多遙遠(yuǎn)？

近三十年來，包括藥企在內(nèi)的全球數(shù)十個研究團(tuán)隊，一直致力于鏡像蛋白質(zhì)、DNA和RNA的合成與研究，以揭示基礎(chǔ)生物學(xué)機(jī)制并推動藥物研發(fā)[5–14]。我們團(tuán)隊也在探索各類鏡像分子生物學(xué)過程，包括鏡像DNA的復(fù)制、鏡像DNA到鏡像RNA的轉(zhuǎn)錄、鏡像RNA到鏡像蛋白質(zhì)的翻譯，即鏡像版本的分子生物學(xué)中心法則[7–11]。

目前，鏡像分子生物學(xué)研究尚處于起步階段，對這一未知領(lǐng)域的探索充滿挑戰(zhàn)[5–14]，而人工合成鏡像生命更面臨難以逾越的理論與技術(shù)障礙。

細(xì)胞內(nèi)含有成百上千種組分，如蛋白質(zhì)、核酸、細(xì)胞膜、代謝物，以及聚糖等復(fù)雜碳水化合物。若要構(gòu)建鏡像細(xì)胞，研究者需通過化學(xué)或酶促方法合成這些組分的鏡像版本。這些組分中，僅少數(shù)由DNA直接編碼，大多數(shù)需依賴復(fù)雜的生物學(xué)過程合成或修飾，因此其組成與結(jié)構(gòu)無法直接由DNA序列推導(dǎo)，且許多組分至今仍未被系統(tǒng)鑒定。

我們團(tuán)隊歷時近四年，才通過化學(xué)方法合成出一個約470個氨基酸的鏡像蛋白質(zhì)片段[9]，這是目前已報道的最長全化學(xué)合成單鏈鏡像多肽。而合成更長的鏡像多肽，以及富含疏水結(jié)構(gòu)域的鏡像膜蛋白，將面臨更大挑戰(zhàn)。

自2016年起，我們團(tuán)隊一直在嘗試化學(xué)合成一個高度簡化的鏡像核糖體，但目前距離實現(xiàn)這一目標(biāo)仍需多年。即便最終取得成功，該鏡像核糖體仍缺乏蛋白質(zhì)和RNA的修飾，且不具備配套的氨酰-tRNA合成酶[8, 11]，因此僅能合成短肽或300個氨基酸以內(nèi)的小型蛋白質(zhì)[8]。

即便以結(jié)構(gòu)最簡單的細(xì)菌為模型人工合成鏡像生命，構(gòu)成它的鏡像分子仍需正確折疊，并在時空上精準(zhǔn)組裝，才能形成功能復(fù)雜、可自主復(fù)制的鏡像細(xì)菌。

目前已有多個實驗室構(gòu)建出非生命的膜結(jié)構(gòu)[3]，并可在該結(jié)構(gòu)內(nèi)實現(xiàn)天然手性DNA和RNA的合成，以及RNA到蛋白質(zhì)的翻譯。盡管天然手性核糖體等元件的提純技術(shù)數(shù)十年前便已成熟，但迄今為止，尚無實驗室能借助這類元件在體外合成出構(gòu)建細(xì)胞所需的全部組分。

科學(xué)家至今仍無法利用生物來源的天然手性元件，組裝出可自主復(fù)制的天然手性細(xì)胞，更無法通過化學(xué)方法人工合成鏡像細(xì)胞。盡管有研究者提出將天然手性細(xì)胞逐步改造為鏡像細(xì)胞的思路[2, 3]，但目前尚無法驗證該思路的技術(shù)可行性。

由此可見，明確區(qū)分鏡像分子生物學(xué)與鏡像生命至關(guān)重要。與當(dāng)前技術(shù)所能合成的生物分子系統(tǒng)相比，可自主復(fù)制的細(xì)胞在分子多樣性、代謝復(fù)雜度與結(jié)構(gòu)精巧度上，仍存在多個數(shù)量級的差距。

因此，人工合成鏡像生命遠(yuǎn)非當(dāng)前技術(shù)水平所能企及。

02 無限可能

鏡像生物學(xué)世界蘊含著近乎無限可能：從生物學(xué)結(jié)構(gòu)、功能到生命本身，無論利弊，理論上均可在鏡像版本中重現(xiàn)。科學(xué)界在審視人工合成鏡像生命這類遙遠(yuǎn)的潛在風(fēng)險時，也應(yīng)關(guān)注當(dāng)前鏡像分子生物學(xué)研究帶來的眾多益處與廣泛應(yīng)用[5–14]。

鏡像多肽與鏡像核酸藥物進(jìn)入動物或人體后，相較天然手性分子藥物，引發(fā)的免疫反應(yīng)更輕微[13]。同時，此類藥物耐天然手性生物降解，單次給藥后可在體內(nèi)維持更久的作用時間，這對藥物研發(fā)具有深遠(yuǎn)意義。

目前已有數(shù)十種針對癌癥、代謝性疾病、感染性疾病與炎癥性疾病的鏡像多肽、DNA和RNA候選藥物處于研發(fā)中[10, 13]。而鏡像核糖體有望實現(xiàn)鏡像多肽的高通量合成，進(jìn)而大幅加快此類藥物的研發(fā)進(jìn)程[8, 11]。

鏡像分子的其他潛在應(yīng)用不勝枚舉，尤其是在醫(yī)學(xué)和可持續(xù)發(fā)展領(lǐng)域。例如，鏡像葡萄糖與天然手性葡萄糖甜度相當(dāng)，卻無法被天然手性酶代謝，因此不會為人體提供熱量[15]。這意味著鏡像葡萄糖及其他鏡像糖類，有望作為無熱量的甜味劑或食品添加劑使用。

鏡像DNA與天然手性DNA具有相同的信息存儲能力，卻耐天然手性生物降解，且易與環(huán)境污染物中的天然手性DNA相區(qū)分，因此有望成為穩(wěn)定、可靠的信息存儲載體[9]。

基于鏡像蛋白質(zhì)的納米粒子或納米膠囊，可保護(hù)藥物免于被免疫系統(tǒng)清除，以實現(xiàn)藥物的安全遞送。經(jīng)設(shè)計的鏡像DNA與RNA，可用于檢測凝血酶[10]、鳥嘌呤[11]等人體蛋白質(zhì)及代謝產(chǎn)物，有望作為生物傳感器應(yīng)用于臨床診斷。

能夠降解非手性塑料的鏡像酶，其降解活性與天然手性酶相當(dāng)，卻耐天然手性生物降解，有望為治理塑料污染提供全新解決方案[12]。不僅如此，具有固碳能力的鏡像酶，也有望用于應(yīng)對氣候變化。

除能解決各類實際問題外，鏡像分子生物學(xué)的基礎(chǔ)研究還有助于揭示生物分子的結(jié)構(gòu)與功能，探究生命及其單一手性起源的奧秘[11]，并尋找地球與地外環(huán)境中的新生命形態(tài)。

鏡像蛋白質(zhì)與鏡像核酸憑借良好的生物穩(wěn)定性，以及在人體與其他生物體內(nèi)的低免疫原性，在諸多領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用潛力，但同一特性也使某些鏡像生物體可能造成潛在危害[1–3, 16, 17]。

此類潛在風(fēng)險值得審慎評估，但目前仍存在大量懸而未決的科學(xué)問題。例如，完整的鏡像細(xì)菌須含有鏡像聚糖，而在已知生命中，聚糖的手性均一性遠(yuǎn)低于蛋白質(zhì)、DNA和RNA。這意味著與單一鏡像分子相比，鏡像細(xì)菌可能在人體與其他生物體內(nèi)引發(fā)更強的免疫反應(yīng)[22]。

此外，在評估鏡像分子生物學(xué)的潛在風(fēng)險時，科學(xué)界需關(guān)注的范疇并非局限于鏡像生命。具有毒性、致病性，或因過度使用而成為環(huán)境污染物的鏡像分子，同樣可能帶來潛在風(fēng)險。

03 鏡像之路

好比在電氣時代來臨之前就禁用交流電，或在重組胰島素問世之前就禁用分子克隆，倘若因擔(dān)憂假想中的遠(yuǎn)期風(fēng)險，便“預(yù)防性地”對當(dāng)前研究出臺暫停禁令，無異于杞人憂天。面對鏡像分子生物學(xué)領(lǐng)域的諸多未知及遙遠(yuǎn)的潛在風(fēng)險，部分合成生物學(xué)與生物安全領(lǐng)域?qū)＜姨嵝眩舨萋实赝ㄟ^限制經(jīng)費支持等方式叫停該領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究，同樣是因噎廢食[19]。

以上觀點應(yīng)能獲得廣泛認(rèn)同。事實上，倘若僅為防范人工合成鏡像生命這類遙遠(yuǎn)的潛在風(fēng)險，便“預(yù)防性地”叫停當(dāng)前研究，那么依此邏輯，針對生物學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)、計算科學(xué)等學(xué)科中那些同樣遙遠(yuǎn)的潛在風(fēng)險，是否也應(yīng)逐一出臺“預(yù)防性”暫停禁令？

為科學(xué)研究劃定倫理邊界，更為合理的途徑是開展全面的跨學(xué)科評估，統(tǒng)籌應(yīng)對相關(guān)領(lǐng)域的短期挑戰(zhàn)與長期風(fēng)險。例如，各類合成生物學(xué)系統(tǒng)中已廣泛應(yīng)用多種非天然氨基酸與核苷酸，而鏡像分子僅為其中一類。針對任何手性構(gòu)型的全化學(xué)合成或半合成分子、工程改造生物體的研究，科學(xué)界應(yīng)制定統(tǒng)一、全面的跨學(xué)科指導(dǎo)規(guī)范[17]。

受蛋白質(zhì)設(shè)計領(lǐng)域的“負(fù)責(zé)任AI與生物設(shè)計”倡議啟發(fā)[23]，筆者與十余位研究者共同提出合成生物學(xué)與鏡像分子生物學(xué)領(lǐng)域的倫理準(zhǔn)則，承諾不合成任何手性構(gòu)型的、可能危害人類健康或自然環(huán)境的分子與生物體[24]。

在法律與監(jiān)管層面，更為務(wù)實的途徑是采用適應(yīng)性治理模式，即隨著知識積累與技術(shù)迭代，持續(xù)更新風(fēng)險評估與防控政策。在該治理模式下，首次利用生物來源的元件組裝出可自主復(fù)制的天然手性細(xì)胞這一技術(shù)突破，可作為啟動監(jiān)管的關(guān)鍵節(jié)點。

在實現(xiàn)這一突破后，科學(xué)界仍有充足的時間窗口制定政策法規(guī)，以防范人工合成鏡像生命可能帶來的潛在風(fēng)險。畢竟，通過化學(xué)方法人工合成鏡像細(xì)胞，遠(yuǎn)比利用生物來源的元件組裝天然手性細(xì)胞難度更高。將這一突破設(shè)為啟動監(jiān)管的關(guān)鍵節(jié)點，還有利于科學(xué)界持續(xù)積累鏡像分子生物學(xué)的技術(shù)知識，進(jìn)而推動建立更完善的政策法規(guī)。

此類技術(shù)知識的積累，還包括監(jiān)測和應(yīng)對工具的研發(fā)與優(yōu)化，例如可用于檢測和降解環(huán)境中鏡像分子與生物體的鏡像酶[9, 14]。

04 探索未知

長期以來，“未知”一詞始終被視作無知與風(fēng)險的代名詞。作為智慧生物，人類本能地畏懼自身無法理解與掌控的事物。但“未知”也同樣促使我們以謙遜的態(tài)度探尋證據(jù)，并對一切可能性保持開放。其中一種值得探索的可能性是，鏡像生命是否本就存在于自然界中？

面對叫停鏡像分子生物學(xué)研究的急切呼吁[18]，科學(xué)界應(yīng)堅持理性思辨，切勿讓擔(dān)憂與焦慮干擾對深層未知的客觀判斷。

科學(xué)探索并非直達(dá)真理的勝利征程，其道路往往漫長而艱辛，交織著求索與試錯、未知與風(fēng)險、爭議與質(zhì)疑。但憑借理性對話與客觀分析，科學(xué)界終將開辟出一條審慎盡責(zé)、開放包容、永無止境的探索之路。

因未知世界浩瀚無窮。

原文引用：Mirror of the unknown: should research on mirror-image molecular biology be stopped?

Zhu, T. Nature 645, 588–591 (2025).

doi: https://doi.org/10.1038/d41586-025-02912-0

參考文獻(xiàn)：

• [1] Brewster, J. H. & Laskowski, M. Jr Science 258, 1289; author reply 1290 (1992).
• [2] Adamala, K. P. et al. Science 386, 1351–1353 (2024).
• [3] Adamala, K. P. et al. Technical Report on Mirror Bacteria: Feasibility and Risks. Stanford Digital Repository (2024). https://doi.org/10.25740/cv716pj4036
• [4] Pasteur, L. Researches on the Molecular Asymmetry of Natural Organic Products (1860). Alembic Club Reprint No. 14 (Alembic Club, 1905).
• [5] Milton, R. C., Milton, S. C. & Kent, S. B. Science 256, 1445–1448 (1992).
• [6] Zawadzke, L. E. & Berg, J. M. J. Am. Chem. Soc. 114, 4002–4003 (1992).
• [7] Wang, Z., Xu, W., Liu, L. & Zhu, T. F. Nature Chem. 8, 698–704 (2016).
• [8] Chen, J., Chen, M. & Zhu, T. F. Chem 7, 786–798 (2021).
• [9] Fan, C., Deng, Q. & Zhu, T. F. Nature Biotechnol. 39, 1548–1555 (2021).
• [10] Chen, J., Chen, M. & Zhu, T. F. Nature Biotechnol. 40, 1601–1609 (2022).
• [11] Xu, Y. & Zhu, T. F. Science 378, 405–412 (2022).
• [12] Guo, C., Zhang, L.-Q. & Jiang, W. Chem 9, 363–376 (2023).
• [13] Harrison, K., Mackay, A. S., Kambanis, L., Maxwell, J. W. C. & Payne, R. J. Nature Rev. Chem. 7, 383–404 (2023).
• [14] Zhang, G. & Zhu, T. F. Nature Chem. 16, 592–598 (2024).
• [15] Dubovski, N., Ben Shoshan-Galeczki, Y., Malach, E. & Niv, M. Y. Food Chem. 373, 131393 (2022).
• [16] https://www.wired.com/2010/11/ff-mirrorlife/
• [17] https://www.cell.com/news-do/50-inspiring-scientists-ting-zhu
• [18] https://www.ft.com/content/f6c8030b-8d57-494f-8bec-efe6b4cf30ea
• [19] https://www.science.org/content/article/leading-scientists-urge-ban-developing-mirror-image-bacteria
• [20] https://edition.cnn.com/2024/12/16/science/mirror-bacteria-research-risks
• [21] eLetter by Perrin,D. https://www.science.org/doi/10.1126/science.ads9158
• [22] eLetter by Derda,R. et al. https://www.science.org/doi/10.1126/science.ads9158
• [23] https://responsiblebiodesign.ai/
• [24] https://responsiblesynbio.org/
• [25] https://www.nytimes.com/2024/12/12/science/mirror-life-microbes-research.html
• [26] https://www.scientificamerican.com/article/creating-mirror-life-could-be-disastrous-scientists-warn/
• [27] https://mirrorlifefilm.com/
• [28]https://www.lexpress.fr/sciences-sante/sciences/les-bacteries-miroir-revolution-scientifique-ou-menace-inedite-pour-lhumanite-B4QH5QFNPFA5HAKIHDQFYIJ5BQ/
• [29]Peplow, M. Nature (2025). https://www.nature.com/articles/d41586-025-02902-2
• [30] https://www.nationalacademies.org/projects/DELS-BLS-25-03/event/45325
• [31]Fujiwara, K. et al. Biophys. Physicobiol. (2026). https://doi.org/10.2142/biophysico.bppb-v23.0008
• [32] https://www.rand.org/content/dam/rand/pubs/perspectives/PEA3400/PEA3436-1/RAND_PEA3436-1.pdf