所有的生命都只存在于镜子的一侧。更专业地说，构成生物的生物分子 - DNA，RNA和蛋白质 - 都是“手性的”。它们的积木有两种可能的镜像形状，但在每种情况下，生命都只选择一种。
近日，在《科学》杂志上，研究人员报告说，他们已经在探索镜子的另一面方面取得了长足的进步。他们重新设计了一种合成RNA的主力酶，使其形成镜像形式。
然后，他们使用该酶构建制造核糖体所需的所有RNA，核糖体是负责构建蛋白质的细胞机器。其他成分仍然需要添加，但一旦完成，镜像核糖体可能能够产生蛋白质，这些蛋白质可以作为新的药物和诊断方法，并且不能轻易在体内分解。
它还为一个更宏伟的目标奠定了基础：创造镜像生命，自从路易斯·巴斯德（Louis Pasteur）在1848年发现镜像化合物以来，这一前景就激发了科学家们的想象力。
“这是在镜像世界中重建分子生物学中心教条的重要一步，”芝加哥大学化学名誉教授斯蒂芬肯特说。
这个教条指的是生命的标准操作程序：遗传密码（通常是DNA）被转录成相应的RNA序列，然后将其翻译成在细胞中执行大部分基本化学反应的蛋白质。由蛋白质制成的精致复杂的分子机器，或者在核糖体的情况下，蛋白质和RNA的组合执行每个步骤。
所涉及的每个分子都会产生手性产物。化学家长期以来一直能够合成相反的DNA，RNA和蛋白质。但他们从来没有能够把所有的碎片放在一起，创造出镜像的生命，甚至没有足够的碎片来观察这种自负是否可能。
中国杭州西湖大学的合成生物学家朱婷多年来一直在朝着这一愿景努力。在朱看来，第一步是制造镜像核糖体——这个工厂可以制造许多其他镜像部件。这可不是一件小事。核糖体是一个分子庞然大物，由三个大的RNA片段组成，总共由大约2900个核苷酸构建块以及54种蛋白质组成。
“最具挑战性的部分是制造长核糖体RNA，”朱婷说。化学家可以合成长达约70个核苷酸的片段并将它们缝合在一起。但是，为了使三个更长的核糖体RNA片段以镜像形式出现，他们需要一种可以将它们取出的分子机器 - 聚合酶。
2016年，朱婷和同事们第一次尝试了这项任务，从病毒中合成了聚合酶的镜像版本。聚合酶产生镜像RNA，但它很慢，容易出错。
在目前的研究中，朱婷和研究生徐元开始合成一种镜像版本的主力酶，用于全球分子生物学实验室，以合成长RNA链，即T7 RNA聚合酶。它是一种巨大的883氨基酸蛋白质，远远超出了传统化学合成的极限。
但对T7sX射线晶体结构的分析表明，这种酶可能被分成三个部分，每个部分都是由短片段缝合而成的。因此，他们合成了这三个部分 - 一个有363个氨基酸，第二个有238个氨基酸，第三个有282个氨基酸。
在溶液中，碎片自然折叠成适当的3D形状，并组装成工作T7。“将这种大小的蛋白质放在一起是一项艰巨的努力，”德克萨斯A&M大学学院站的化学家Jonathan Sczepanski说。
然后研究人员将聚合酶投入工作。他们组装了编码团队希望制造的三个长RNA片段的镜像基因;然后镜像T7 RNA聚合酶读取代码并将其转录到核糖体RNA中。
结果提供了镜像分子力量的诱人一瞥。研究人员表明，由聚合酶形成的镜像RNA比常规T7产生的正常版本稳定得多，因为它们不受天然存在的RNA咀嚼酶的影响，这些酶几乎不可避免地污染了这些实验并迅速破坏了正常的RNA。
同样的抗降解能力“可能为全新的诊断和其他应用打开大门”，包括新药，西北大学化学家和核糖体专家Michael Jewett说。例如，朱婷和徐元还使用他们的镜像酶制造稳定的RNA传感器，称为核糖开关，可用于检测与疾病相关的分子，以及可用于存储数字数据的稳定长RNA。
其他研究人员已经表明，称为适配体的短链DNA和RNA的镜像版本可以作为有效的候选药物，逃避降解酶和免疫系统，从而破坏大多数传统的适配体候选药物。
然而，更广泛地利用这种稳定性并不像创建现有药物的镜像副本那么简单，因为这些化合物，如错误手套，将不再与它们在体内的预期靶标的手性相匹配。相反，研究人员可能不得不筛选大量的镜像候选药物才能找到有效的药物。
但Jewett和其他人表示，这项新工作可能有助于这一努力，因为它为制造功能性镜像核糖体奠定了基础。这些可以让制药公司更容易地创造镜像氨基酸串或肽，Jewett说。由于肽从20个氨基酸构建块中提取，而不仅仅是构成适配体的四个核酸，因此它们提供了更大的化学多样性和潜在的更好候选药物。
现在，朱婷和她的团队需要制造镜像核糖体的剩余成分。他们合成的三个RNA片段约占核糖体总质量的三分之二。剩下的是54种核糖体蛋白和几种与核糖体协同工作的蛋白质，所有这些蛋白质都较小，因此可能更容易合成。那么问题是完整的零件套件是否会组装成核糖体。
即使他们这样做了，由此产生的分子机器可能仍然无法正常工作，哈佛大学合成生物学家乔治·丘奇（George Church）警告说，他领导着世界上为数不多的研究小组之一，致力于研究镜像生命的方法。
为了大量生产蛋白质，核糖体必须与一套额外的辅助蛋白质一起工作。为了在活细胞内发挥作用，丘奇认为有必要重写生物体的遗传密码，以便工程核糖体能够识别所有这些蛋白质，特别是运送氨基酸以构建新蛋白质的20种蛋白质。Church的小组正在研究这个问题。“这非常具有挑战性，”他说。
但是，如果一切都结合在一起，研究人员和生命可能最终能够进入一个镜子世界。
