合成生物学：首个实验室构建的可生长与分裂的细胞

研究人员成功构建了一种由非活性组分组成的合成细胞，该细胞能够生长、复制其 DNA 并进行分裂。虽然从生物学定义上看它并非“活的”，但这些被昵称为“spudcells”的合成细胞证明了细胞周期的基本功能可以通过生物分子从零开始进行工程化设计。

从零开始工程化细胞周期

为实现功能完整的细胞周期，明尼苏达大学的 Kate Adamala 领衔的研究团队将多个独立的生物系统整合进脂质膜（脂质体）中。该过程面临三大技术难题：DNA 复制、营养获取以及物理分裂。

团队采用了 Hannes Mutschler 与 Christophe Danelon 开创的 DNA 复制系统，并对其进行优化，使其能够使用商业化的 36 种酶套装。这使得合成细胞能够读取自身 DNA 并合成蛋白质，提供执行细胞任务所必需的遗传机器。

由于合成基因组缺乏代谢基因，细胞无法自行处理食物或能量。为了解决这一问题，研究人员制作了“供给包”——装有糖、脂质、酶、转运 RNA（tRNA）和核糖体的独立脂质体。团队改造了一种膜蛋白，使其能够吸引这些脂质泡，使其与合成细胞融合并将内容物释放到细胞内部。

细胞分裂一直是合成生物学的主要瓶颈，因为自然细胞依赖复杂的细胞骨架进行分裂。Adamala 团队通过实现 Reinhard Lipowsky 发现的机制绕过了这一点。通过在细胞膜上附加特定的蛋白标签，吸引其他蛋白聚集并物理性弯曲膜，使细胞被迫分裂成子细胞。

尽管能够分裂，spudcells 并非自给自足的有机体。它们仍需持续外部供应核糖体和营养才能存活和发挥功能。

研究人员尝试通过在细胞群体中制造遗传变异来诱导进化。他们观察到体积更大的细胞产生更多子细胞，数量也随之增加。然而，这并非真正的自然选择，因为变异是人为引入的。目前的 DNA 聚合酶精度过高；要实现真正的进化，团队需要找到一种能够以适当速率随机引入突变、而不破坏基因组完整性的酶。

专家指出，要使这些细胞接近真实生物体的水平，它们必须能够在体内自行生成核糖体和蛋白质。此外，当前的分裂方式相较于自然细胞骨架能量效率低下。

这一成就被视为合成生物学的“分水岭事件”，标志着该领域从对现有细菌进行简化改造转向从头构建功能系统。潜在应用包括可持续生物燃料的生产、新型药物递送系统以及其他碳中和材料的制造。

为加速进展，研究人员宣布成立 Biotic，一家公益性非营利研究组织。Biotic 旨在向全球科研社区公开用于创建 spudcells 的数据、方法和工具，以确保这些生物技术以负责任和透明的方式发展。

科学界和观察者的讨论凸显了该项目推出所带来的兴奋与争议：

方法学新颖性： 评论者指出，绕过细胞骨架而采用膜弯曲蛋白的决定是该工作最具创新性的技术贡献。
学术流程： 有同行对结果的传播方式提出担忧。根据社区讨论中引用的报道，手稿在上传至预印本服务器或通过同行评审之前，就已在媒体封锁下发送给记者，这导致一些人将其描述为一种“非传统的做事方式”。
生命定义： 部分批评者认为将其称为“细胞”是误称，因为该实体离不开外部机器的支持；而另一些人则认为这是迈向最终构建完全自主单细胞生物的必要第一步。