起死回生！科学家利用人工合成基因组复活死亡细胞，创建出“僵尸细胞”，为合成生物学打开新大门

撰文丨王聪

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

创造出首个人工合成生命的J. Craig Venter，又来整活了。这一次，他利用人工合成基因组让“死亡细胞”起死回生，他将这种创建出的活体人工合成细胞称为“僵尸细胞”（Zombie cells）。

近日，J. Craig Venter等人在预印本平台bioRxiv上发表了题为：Selection-free whole genome transplantation revives dead microbes 的研究论文。

该研究展示了将一个物种的合成完整基因组移植替换“死亡细胞”基因组，从而创建出活体人工合成细胞。研究团队首先使用丝裂霉素 C（MMC）灭活山羊支原体（Mycoplasma capricolum）的基因组使其“死亡”，然后通过全基因组移植（Whole Genome Transplantation，WGT）技术将人工合成的丝状支原体（Mycoplasma mycoides） 基因组植入这些死亡细胞，从而让其“起死回生”并获得新的遗传身份。重要的是，该研究摒弃了依赖抗生素抗性标记筛选的限制，从而排除了受体细胞通过同源重组带来的假阳性结果。

这项研究展示了全面灭活受体细胞基因组的通用方案，报道了首个由非生命部件构建而成的活体人工合成细菌细胞，并推进了全基因组移植（WGT）技术以构建用于各种应用的工程细胞或合成细胞。

早在 2010 年，J. Craig Venter团队通过化学方法合成了丝状支原体（Mycoplasma mycoides） 108 万碱基对的基因组，然后将其移植到近亲山羊支原体（Mycoplasma capricolum）中。

他们在合成基因组中添加了一个基因，从而使其具有了对抗生素四环素的抗性。因此，将合成基因组移植到山羊支原体后，在含有四环素的环境中进行培养，只有成功吸收了合成基因组的细胞才能存活。这些存活的细胞也就是世界上首个人工合成细胞，研究团队将其命名为JCVI-syn1.0。

2016 年的一项研究，成功地在柔膜菌纲细菌之间进行了基因组移植，然而，在更广泛的细菌门类间进行基因组移植的努力均以失败告终，那些看似成功的案例，后来被证实是假阳性，在那些研究中，受体细胞的基因组能够通过同源重组将移植的供体基因组中的抗生素抗性基因整合到自身基因组中，这意味着即使受体细胞没有吸收整个移植的供体基因组，它们也能获得抗生素抗性，从而在抗生素筛选中存活下来，这严重限制了全基因组移植（WGT）技术的应用。

为了找到一种能够实现全基因组移植（WGT），而又无需担心假阳性问题的方法，研究团队使用了一种新方法——使用丝裂霉素 C（MMC）处理细胞，彻底解决了假阳性难题。

丝裂霉素 C（MMC）本是一种化疗药物，能够不可逆破坏细胞基因组，使其失去复制能力。MMC 处理的山羊支原体（Mycoplasma capricolum），在功能上“死亡”，也就防止了它们的基因组通过同源重组将诸如抗生素抗性基因之类的外来 DNA 整合到基因组中。而这些“死亡细胞”的转录和翻译系统（包括 RNA 聚合酶、核糖体等关键分子机器）仍然保持完整，因此，它们虽然在功能上“死亡”了，但生物合成系统仍可运转。

研究团队证实，丝状支原体（Mycoplasma mycoides）的合成基因组（JCVI-syn1.0）被移植到 MMC 处理过的山羊支原体（Mycoplasma capricolum）“死亡细胞”后，奇迹发生了——合成基因组接管了“死亡细胞”的生物合成系统，重新启动了生命活动，使这些原本已注定死亡的细胞重新恢复了分裂繁殖的能力。研究团队进一步证明，这些存活的细胞接受了完整的合成基因组。研究团队将这些复活的细胞称为——僵尸细胞（Zombie cells）。

值得一提的是，这种新方法（2.5μg/mL 的低剂量 MMC 处理2小时，有效灭活受体细胞基因组，但保留其转录、翻译等功能）极大地提升了全基因组移植（WGT）技术的效率，传统的 WGT 技术需要从约 1.5 亿个活受体细胞中才能获得一个成功的移植细胞，而采用新方法后，每 288 个受体细胞就能产生一个成功的移植细胞，效率提高了超过 50 万倍。

通过移植 JCVI-syn1.0 基因组复活的山羊支原体

这项工作的两个关键突破具有深远意义——

首先，这是第一次使用非生命部件组装出活体人工合成细菌细胞——受体细胞的基因组被灭活，只剩细胞膜以及合成、翻译等系统，当供体合成基因组导入后，重启了整个生命系统。

其次，该研究解除了全基因组移植（WGT）技术广泛应用的最大障碍：同源重组导致的假阳性。未来，任何细胞（物种）只要具备完整的转录、翻译系统，理论上都可以作为全基因移植的受体，从而创造出具有特定功能的人造生命形式，用于药物生产、基因治疗、环境修复、生物燃料生产等领域。

论文链接：

https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.03.13.711674v1