北京清华大学的研究人员创造了一种蛋白质的镜像版本，该蛋白质执行生命最基本的两个过程：复制DNA并将其转录为RNA。
马萨诸塞州波士顿哈佛医学院的分子生物学家杰克·绍斯塔克说，这项工作是制造镜像生命形式的“一小步”。他的哈佛同事乔治·丘奇补充说，“这是一个了不起的里程碑”，他希望有一天能创造出一个完整的镜像细胞。
许多有机分子都是“手性的”：也就是说，它们可以以镜像形式存在，这些形式无法叠加，就像右手和左手手套一样。但生命几乎总是采用一种版本：例如，细胞使用左手氨基酸，并且DNA像右手螺丝一样扭曲。
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原则上，这些分子的镜像版本应该以与正常版本相同的方式协同工作——但它们可能对传统病毒或在镜像世界中未进化的酶的攻击具有抵抗力。
这使得镜像生物化学成为一项潜在的利润丰厚的业务。柏林的Noxxon Pharma公司就希望如此。它使用费力的化学合成来制造短链DNA或RNA的镜像形式，称为适配体，这些适配体与治疗靶点（如体内的蛋白质）结合以阻止其活性。该公司有几种镜像适配体候选药物正在进行人体试验，用于治疗包括癌症在内的疾病；其想法是，它们的疗效可能会提高，因为它们不会被身体的酶降解。Noxxon Pharma首席科学官斯文·克鲁斯曼说，复制镜像DNA的过程可以为制造适配体提供一条更简便的途径。
穿过镜子
研究人员制造镜像DNA片段已有数十年历史，因此清华大学团队可以从化学供应商处订购他们镜像DNA复制尝试所需的大部分物质：要复制的镜像DNA链、镜像DNA构建块以及一个较短的镜像“引物”链，该引物链可以按正确的顺序拾取这些构建块。
困难的任务是制造协调复制过程的镜像酶，称为DNA聚合酶。这需要从右手氨基酸合成，但常用的聚合酶酶有600多个氨基酸——这意味着它们对于当前的合成方法来说太大了。
因此，清华大学团队转向了已知最小的聚合酶：非洲猪瘟病毒聚合酶X，它仅包含174个氨基酸。绍斯塔克的前研究生，帮助领导这项工作的合成生物学家朱婷说，不幸的是，它也非常慢——可能是因为它的体积小。该团队制造了该酶的镜像版本，发现像其天然对应物一样，它可以在大约四小时内将由12个核苷酸（DNA构建块）组成的镜像引物延伸至18个核苷酸的镜像DNA链；在36小时内延伸至56个核苷酸的链。
当这些系统的正常版本和镜像版本在同一个试管中混合在一起时，两个复制过程都独立工作，互不干扰。镜像聚合酶还可以将镜像DNA转录为镜像RNA，但速度仍然很慢。这项工作发表在《自然化学》杂志上。
克鲁斯曼说，Noxxon Pharma有兴趣使用更高效的酶来寻求类似的方法。事实上，朱和他的同事接下来希望构建一种更高效的聚合酶Dpo4的镜像版本，该聚合酶由352个氨基酸组成。
生命，倒退
清华大学的研究人员在他们的研究论文中也介绍了他们的工作，作为一项调查生命手性为何如此的工作。这仍然是个谜：这可能仅仅是偶然，或者可能是由自然界的基本不对称性触发的。
但佛罗里达州阿拉丘亚应用分子进化基金会的史蒂文·本纳表示，创造生物化学生命的镜像形式不太可能阐明这个问题。几乎每个物理过程在镜子中观察时都表现相同。唯一的已知例外——称为“宇称不守恒”——存在于亚原子物理学领域。本纳说，如此微小的差异永远不会在这些生化实验中显现出来。（他也对制造可以避免天然酶或病毒不必要降解的DNA感兴趣，但他没有使用镜像DNA，而是创造了具有非天然构建块的人工DNA。）
丘奇的最终目标是制造镜像细胞，但这面临着巨大的挑战。在自然界中，RNA通过核糖体（一种复杂的分子机器）转化为蛋白质。朱说，“重建核糖体的镜像将是一项艰巨的任务。”相反，丘奇正在尝试突变正常的核糖体，使其能够处理镜像RNA。
丘奇说，没有人能猜到哪种方法会奏效。但他指出，越来越多的研究人员正在研究生化过程的镜像版本。丘奇说，“有一段时间，这还不是一个领域，但现在看来它非常有活力。”
本文经许可转载，并于2016年5月16日首次发表。