合成生物学：成長と分裂が可能な初のラボ構築型細胞

研究者たちは、非生物的成分から、成長、DNAの複製、および分裂が可能な合成細胞を構築することに成功しました。生物学的な定義における「生命」ではありませんが、これらの合成細胞（通称「spudcells」）は、細胞周期の基本機能が生物学的分子を用いてゼロから設計可能であることを示す概念実証として機能します。

ゼロから細胞周期を設計する

機能的な細胞周期を実現するために、ミネソタ大学の Kate Adamala 率いる研究チームは、いくつかの異なる生物学的システムを脂質膜（リポソーム）に統合しました。そのプロセスには、DNA複製、栄養獲得、および物理的な分裂という3つの主要な技術的ハードルが含まれていました。

DNA複製とタンパク質合成

チームは、Hannes Mutschler と Christophe Danelon によって先駆的に開発されたDNA複製システムを利用し、市販の36種類の酵素セットで動作するように最適化しました。これにより、合成細胞は自身のDNAを読み取り、タンパク質を合成することができ、細胞のタスクを実行するために必要な遺伝的機構を提供しました。

膜融合による栄養獲得

合成ゲノムには代謝遺伝子が欠けているため、細胞は食物やエネルギーを独立して処理することができません。これを解決するために、研究者たちは「supply packs」—砂糖、脂質、酵素、転移RNA（tRNA）、およびリボソームで満たされた個別のリポソーム—を作成しました。チームは膜タンパク質を改変してこれらの脂質バブルを引き寄せ、それらを合成細胞と融合させて内部に内容物を放出させるようにしました。

細胞骨格なしでの細胞分裂

細胞分裂は、歴史的に合成生物学における大きなボトルネックとなってきました。なぜなら、天然の細胞は分裂するために複雑な細胞骨格に依存しているからです。Adamala のチームは、Reinhard Lipowsky によって発見されたメカニズムを実装することで、これを回避しました。細胞膜に特定のタンパク質タグを付着させることで、他のタンパク質を引き寄せ、密集させて膜を物理的に曲げることにより、細胞を娘細胞へと強制的に分裂させました。

現在の限界と進化への道

分裂能力はあるものの、spudcells は自律的な生物ではありません。生存し機能するためには、リボソームと栄養素の継続的な外部供給が必要です。

自然選択の課題

研究者たちは、細胞集団に遺伝的変異を導入することで、進化を誘導しようと試みました。彼らは、細胞が大きくなると、より多くの娘細胞を生成し、個体数がより多くなることを観察しました。しかし、これは真の自然選択ではありませんでした。なぜなら、変異が合成的に導入されたためです。現在の DNA polymerase 酵素は正確すぎて、真の進化が起こるためには、チームはゲノムの完全性を破壊することなく適応を可能にする速度でランダムな変異を導入する酵素を見つける必要があります。

構造的および代謝的ギャップ

専門家は、これらの細胞が真の生物学的生物に近づくためには、内部でリボソームやタンパク質を生成できる必要があると指摘しています。さらに、現在の分裂方法によるエネルギー効率は、天然の細胞骨格と比較して非効率的です。

より広範な影響とオープンサイエンス

この成果は、合成生物学における「分水嶺となる出来事」と見なされており、分野を既存の細菌を削ぎ落とすことから、機能的なシステムをゼロから構築することへと移行させています。潜在的な用途には、持続可能なバイオ燃料、新しいドラッグデリバリーシステム、およびその他のカーボンニュートラルな材料の作成が含まれます。

研究の進展をを加速させるため、研究者たちは、公益非営利研究組織である Biotic の設立を宣言しました。Biotic は、spudcells を作成するために使用されたデータ、方法、およびツールをを使用して、世界の研究コミュニティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティティ：利用可能にすることを目指しています。これにより、これらのバイオテクノロジーが責任を持って透明性を持って開発されることを確実にします。

コミュニティの視点と批判

科学コミュニティや観察者の間での議論は、プロジェクトの展開をめぐる興奮と論争の両方を浮き彫りにしています。

• 手法の新規性: コメンテーターは、細胞骨格を回避して膜を曲げるタンパク質を採用した決定が、この研究の最も斬新な技術的貢献であると指摘しました。
• 学術的プロセス: 一部の同僚は、結果の普及に関して懸念を表明しています。コミュニティの議論で引用された報告によると、原稿はプレプリントサーバーへのアップロードや査読を通過する前に、報道規制付きでジャーナリストに送られており、一部の人々はこれを「珍しいやり方」と表現しています。
• 生命の定義: 一部の批判者は、「cell」という名称は、その実体が外部の機構なしには生存できないため誤称であると主張していますが、一方で、最終的に完全に自律的な単細胞生物を構築するための必要な第一歩であると見る人々もいます。