人类开始"手搓生命" 科学家拼出会吃会繁殖细胞

一团由脂质、DNA 和蛋白质组成的微小液滴，在显微镜下逐渐长大、复制遗传物质，随后从中间收缩，分裂成两个子细胞。

这不是天然细胞，而是一个完全由已知化学成分组成的类细胞系统，且能够执行一个完整的细胞周期。明尼苏达大学合成生物学家 Kate Adamala 领导了这项研究，并将其命名为“SpudCell”（土豆细胞）。

团队成员原本想用 Adamala 的名字命名，但她不愿接受。“叫什么都行，只要不是我的名字，哪怕叫土豆（Spud）也可以。”于是，SpudCell 这个名字就定下来了。

名字听起来有些随意，但研究指向的问题却足够宏大：人类能否不再依赖一个已经存在的活细胞，仅凭一些化学组分，重新组装出一个能够生长和繁殖的系统？

Adamala 团队给出的阶段性答案是：可以，但距离真正的生命还很远。

该系统包含 36 种纯化酶、一个分布在 9 个独立 DNA 分子上的 90,000 碱基对基因组，以及一个脂质膜。SpudCell 能够生长、复制其基因组、分裂，并在多个世代中经历选择和竞争。

不同于以往通过不断精简活细胞来研究最小细胞的工作，SpudCell 是完全利用单独纯化的非生命组分“自下而上”（bottom-up）构建而成的。这是此类系统首次展示出完整的细胞周期。

研究尚未经过同行评议。但在多位业内人士看来，将这些此前分散实现的功能整合进同一系统，已经是合成细胞研究的重要节点。

诺贝尔生理学或医学奖得主、芝加哥大学生命起源研究者 Jack Szostak 称其为“令人印象深刻的一步”。他表示，自己不知道还有哪个利用生物组分搭建人工细胞的项目推进到了这一程度。

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J. Craig Venter 研究所研究员 John Glass 的评价更高。他认为，将 DNA 复制、脂质体进食和膜分裂等系统组合起来，是一项惊人的技术成就，未来可能成为合成细胞领域乃至生物学的分水岭事件。

过去的合成细胞主要以天然生命为底盘。

以 J. Craig Venter 研究所的 JCVI-syn3.0 为代表，“自上而下”路线从天然细菌出发，不断删除非必要基因。2016 年问世的 JCVI-syn3.0 拥有约 53.1 万碱基对和 473 个基因，是当时基因组最小的可自主复制细胞。但它的细胞膜、核糖体和大量分子机器仍继承自天然生命，最初甚至有 149 个基因功能未知。

SpudCell 则是将经过纯化、成分和浓度已知的分子逐一装入脂质体。

它的外壳是一层脂质膜，内部装有约 9 万碱基对的人工基因组，分布在 7 个 DNA 分子上。SpudCell 使用 PURE 系统进行蛋白质表达。PURE 是一种成分明确的混合物，包含 36 种来自大肠杆菌的纯化酶，包括核糖体。与之前使用粗细菌细胞提取物的方法不同，PURE 中的每种成分及其浓度都是已知的，这意味着研究人员可以精确追踪细胞内部发生的反应。

由于 SpudCell 的基因组很小，因此它没有完整的代谢网络，不能把简单的原料加工成维持生命所需的脂质、蛋白质和能量，也不能制造自己的核糖体。

研究人员为此设计了“投喂”机制。他们将糖、脂质、酶、核糖体和小分子封装在更小的脂质体中，形成一个个“补给包”。SpudCell 依据自身 DNA 合成膜蛋白 α-溶血素，经过化学修饰后，这种蛋白可以与补给脂质体表面的对应分子结合，促使两层膜融合。补给物进入细胞，新增脂质则扩充细胞膜，SpudCell 由此完成进食和生长。