對化學人來說，“手性”是個熟的不能再熟的概念，兩個組成*相同的分子以不重合的形式互為鏡像，就像一雙手套的左手和右手那樣。生命中也存在“手性”，例如，天然狀態(tài)下，蛋白質幾乎都是由左旋氨基酸構成，而糖類大多是右旋的（包括RNA中的核糖和DNA中的脫氧核糖）；另一個有趣的例子是的DNA雙螺旋結構，永遠都是右手螺旋。生命為什么會青睞這種“手性”？是進化過程中的偶然，還是別有不為人知的科學機理？這些問題到目前為止，還都是未解之謎。

天然的D-DNA和聚合酶（下）及其鏡像（上）。圖片來源：NPG

清華大學朱聽（Ting Zhu）研究員和劉磊（Lei Liu）教授領導的研究團隊，zui近朝著解決這些謎團般的問題邁出了里程碑式的一步。他們在《Nature Chemistry》發(fā)表論文，使用由右旋氨基酸化學合成的“鏡像”DNA聚合酶實現(xiàn)了分子生物學“中心法則”中兩個關鍵的步驟——DNA的復制與DNA轉錄成RNA。本文共同*作者為王子謀（Zimou Wang）和徐維亮（Weiliang Xu）。（A synthetic molecular system capable of mirror-image genetic replication and transcription. Nature Chem., DOI: 10.1038/nchem.2517）

這項研究的關鍵是合成*由右旋氨基酸組成且具有生物活性的鏡像DNA聚合酶，而常見的DNA聚合酶一般含有600個以上氨基酸殘基，這對目前的合成生物學方法來說實在是大的不能承受。因此該清華團隊以目前已知zui小的DNA聚合酶——包括174個氨基酸殘基的非洲豬瘟病毒聚合酶X（African swine fever virus polymerase X，ASFV pol X）為目標，成功使用右旋氨基酸合成了其鏡像DNA聚合酶（D-polymerase）。在后續(xù)的測試中，該清華團隊使用了與天然DNA復制系統(tǒng)（D-DNA模板、D-DNA引物、D-脫氧核苷酸）*鏡像的分子系統(tǒng)，即，L-DNA模板、L-DNA引物、L-脫氧核苷酸，在鏡像DNA聚合酶的作用下成功復制了L-DNA。實驗結果證明，4小時內，鏡像DNA聚合酶可以將12個核苷酸長度的引物延長至18個核苷酸；36個小時內，延長至56個核苷酸（如下圖）。而且，與天然DNA聚合酶的功能類似，鏡像DNA聚合酶也能利用L-DNA為模板，合成L-RNA，這意味著DNA轉錄成RNA在“鏡像世界”中也能進行。

更有趣的是，當天然的DNA復制系統(tǒng)與其鏡像版本混合在一起時，兩個版本的DNA復制過程都能相互獨立地工作，互不干擾（如下圖）。這說明，無論是天然系統(tǒng)還是鏡像系統(tǒng)，酶的手性特異性都相當出色。

研究這些鏡像分子不光在探究生命起源和進化中有重要意義，在醫(yī)學中也有非?，F(xiàn)實的應用前景。鏡像分子在自然界不存在，自然界中的病毒或酶還沒有進化出識別并攻擊它們的手段，這就意味著它們或可即保留類似其天然分子的活性，又躲避自然界中病毒或酶的攻擊。目前，就有一家名為Noxxon Pharma的德國生物技術公司，他們合成了一些小分子鏡像適配體（aptamer，能結合蛋白質的DNA或RNA），可以與一些疾病靶標蛋白結合并抑制其活性，從而實現(xiàn)治療效果。Noxxon的幾個鏡像適配體已經(jīng)在進行臨床試驗，所治療的疾病包括癌癥。但是，合成鏡像分子效率不高，如果有鏡像DNA聚合酶能夠像目前的PCR技術那樣方便的擴增鏡像DNA分子，這將大大降低開發(fā)及合成鏡像適配體的難度。

該清華團隊的下一步工作是合成更的鏡像DNA聚合酶，例如包括352個氨基酸殘基的Dpo4。

哈佛大學的分子生物學家Jack Szostak博士以及George Church博士都對本項成果給出了高度評價，盡管對于zui終構建“鏡像生命”來說只是一小步，Church認為本項成果是“里程碑”式的一步，讓這個研究領域從“籍籍無名”變得“充滿活力”