清华大学朱听团队揭秘DNA镜像复制新进展
清华大学朱听团队揭秘DNA镜像复制新进展
近日，清华大学生命学院朱听教授团队在DNA镜像复制领域取得重大突破。他们成功全化学合成了分子量达90 kDa的大型镜像蛋白质——镜像Pfu DNA聚合酶，并利用该酶组装出长达1.5 kb的镜像DNA，开发出基于镜像DNA的信息存储技术。这一成果为构建完整的镜像细胞奠定了基础，有望开启生物医学的新纪元。
什么是镜像生命？
在介绍朱听团队的研究之前，我们先来了解一下什么是镜像生命。在化学中，手性是指一个物体与其镜像不能重合的性质。就像我们的左右手，虽然看起来一样，但无论如何旋转都无法完全重叠。这种特性广泛存在于自然界，特别是在复杂的生物分子中。
在生物化学的基本层面上，所有自然界中已知的生命形式，都是基于特定手性的分子机器，由左手性的氨基酸以及右手性的核酸作为基本原件构成。那么，是否存在一个镜像的生物世界，其中的生命使用的是手性截然相反的分子？这正是朱听团队致力于研究的方向。
朱听团队的研究突破
朱听团队的研究方向是从遗传信息中心法则出发，利用化学、生物学等多学科手段构建与天然生物分子手性相反的“镜像生物学系统”。他们已经初步实现了镜像中心法则中的镜像核酸复制、转录、逆转录等过程，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。
在最新的研究中，朱听团队通过近五年的研究探索，成功全化学合成了分子量达90 kDa的大型镜像蛋白质——镜像Pfu DNA聚合酶。为了突破全化学合成对蛋白质大小的限制，研究者提出利用分割蛋白质设计辅助合成的策略，将全长为775个氨基酸的Pfu DNA聚合酶分割为长度为467个氨基酸和308个氨基酸的两个片段分别合成，将其混合后共同复性，使其正确折叠为具有完整功能的90 kDa高保真镜像Pfu DNA聚合酶。
同时，研究者还开发了基于镜像硫代磷酸DNA的镜像DNA边合成边测序技术。相比于该课题组此前开发的镜像DNA化学测序，新技术在测序读长、准确性、可操作性等方面都具有明显优势。上述高效、高保真的镜像DNA序列组装与扩增系统，结合简便实用的镜像DNA测序技术，为实现镜像DNA信息存储创造了条件。
应用前景与风险
镜像生命研究不仅有助于科学家理解生命的起源，同时也具有潜在的应用价值。例如，因为人体内的酶不能识别镜像生物分子，所以镜像DNA、RNA和蛋白质能抵抗人体内的酶降解，并在很大程度上避免触发免疫反应，这使得镜像生物分子可能成为治疗疾病的药物。此外，镜像DNA还能被用于信息存储。镜像DNA具有与天然DNA相同的信息存储能力，但能抵抗生物降解，有望成为一种更稳定的信息存储介质。
然而，镜像生命研究也伴随着未知风险。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，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。
未来展望
朱听团队的最新研究成果为构建完整的镜像细胞奠定了基础，有望开启生物医学的新纪元。然而，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。正如朱听教授所说：“镜像生物学是一个全新的领域，我们还需要不断探索和研究，才能更好地理解其本质和应用价值。”