SpudCell完成完整生命周期，使科学家更接近完全从头开始工程化构建细胞。

明尼苏达大学的研究人员开发出了他们所称的世界上首个能够完成完整生命周期的合成细胞，这标志着在用非生命化学成分构建生命系统方面迈出了里程碑式的一步。

这种人工细胞名为SpudCell，它可以生长、复制DNA、摄取营养、分裂并将遗传物质传给下一代。与以往仅重现单一生物功能的合成细胞项目不同，SpudCell将多种类生命行为整合进了同一个工程系统中。

这项工作由副教授凯特·阿达玛拉和亚伦·恩格尔哈特领导，旨在作为一项原理验证，证明与活细胞相关的核心行为可以通过化学方法而非天然生物体来重现。

研究人员表示，该平台最终可用于制造药物、先进材料、燃料以及其他用传统工业方法难以或无法生产的产品。

以不同的方式构建生命

SpudCell由脂质体（即被脂肪膜包裹的微小充水球体）以及为其基本细胞功能提供指令的合成DNA构建而成。

这些合成细胞通过与微小的饲喂脂质体融合来获取资源，这些饲喂脂质体含有制造蛋白质所需的分子、酶和核糖体。随着自身生长，它们会复制自己的基因组，然后分裂成新的细胞。

与依赖内部细胞骨架进行分裂的天然细胞不同，SpudCell利用在膜上累积的蛋白质，直到机械应力导致膜分离为止。

研究人员还在该合成系统中展示了自然选择。在引入一个能增加融合蛋白产量的遗传变化后，经改造的细胞生长得更快，并产生了更多后代。经过五代之后，生长更快的细胞在竞争中胜过了原始种群，而当营养物质受限时，这种优势变得更大。

“这很可能是我参与过的最激动人心的项目，”凯特·阿达玛拉说。

“我们在化学中复现了曾经只能在生物学中实现的事情：细胞的一整套行为。这证明，生命最根本的功能，比如生长和复制，并不需要某种神秘的魔法火花。”

工程化生命系统

研究人员表示，SpudCell的基因组只有90千碱基对长，比许多生物学家此前认为的活细胞所需最小基因组还要小。它的遗传指令并非集中于一条染色体，而是分布在七个DNA质粒上，这使得不同的细胞功能可以独立编程。

该团队相信，未来的版本可能成为可编程的生物工程平台。科学家无需改造现有的细菌或酵母，就能从头设计用于特定工业或医疗任务的合成细胞。

为支持这一努力，阿达玛拉及其合作者启动了Biotic，这是一家旨在为合成细胞工程开发共享标准和基础设施的公益研究组织。“这项工作仅仅是个开始，”阿达玛拉说。

“我们正在展示对细胞基本功能进行工程化是可能的。但要完全实现这项技术的前景——使其变得稳健且实用——我们需要国际间的共同努力。”

研究人员承认，在合成细胞变得实用之前，仍有大量工作要做。未来的版本在实验室外部署之前，需要更稳定的基因组、额外的分子机制以及标准化的工程方法。

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