北京
来源：科技日报
科技日报记者 陆成宽
向人工细胞中加入一种酶，它就能像天然细胞一样“生”出两个形态和功能截然不同的子细胞。近日，来自中国科学院化学研究所等单位的科研人员，在国际上首次实现了人工细胞的形态功能不对称分裂，为构建可自我繁殖的人工细胞系统开辟了新方向。相关研究成果13日在线发表于国际期刊《自然》。
不对称分裂是生命实现细胞分化、器官发育和功能多样化的关键方式，比如干细胞可同时产生一个新干细胞和一个功能细胞。“然而，现有的人工细胞很难做到‘一个变两个，且两个不一样’，成为合成生命领域的重大挑战。”论文共同通讯作者、中国科学院化学研究所研究员乔燕告诉记者。
为解决这一难题，科研人员设计出一种尺寸与天然细胞相近的结构化层状液晶液滴人工细胞模型。“这种人工细胞模型内部呈洋葱状高度有序的多层结构，层间存在微小缺陷，为人工细胞的不对称分裂提供了关键结构基础。”乔燕介绍。
有趣的是，当科研人员向人工细胞中加入碱性磷酸酶后，神奇的一幕发生了。酶首先在含有三磷酸腺苷的液滴表面“啃”出一个约1微米宽、2微米深的小窝，随着酶持续作用，小窝并未继续向深处挖掘，而是沿着液滴表面向四周扩展形成核-壳界面，然后逐渐将外壳与内核剥离。最终，外壳融合闭合，形成一个内部含水腔的多层囊泡，内核则保留为新的多层液滴。整个过程宛如剥落一层较厚的外皮，被科研人员形象地称为“剥离式”不对称分裂。
进一步研究表明，这一分裂机制并不依赖单一酶。用镁离子、钙离子等调节液滴表面的电荷平衡，或者改变体系酸碱度，均可触发不对称分裂。此外，将三磷酸腺苷替换为其他三磷酸核苷，也能观察到分裂现象。“若液滴缺乏洋葱状多层有序结构，加入酶后只会整体解体而不会分裂，说明有序结构是实现不对称分裂的关键基础；同时，分裂后的子细胞还能继承母细胞内的活性物质，并表现出功能差异。”乔燕说。
《自然》审稿人评价说，作者在简单的软物质体系中发现了“一种非同寻常的动态转变，极具视觉冲击力”。
论文通讯作者、中国科学院化学研究所研究员王树表示，随着学科交叉发展，人类距离“从零构建”具备生命基本特征的人工细胞系统越来越近。这不仅有望加深人们对生命起源与演化规律的理解，也将在生物制造、生物医药、智能生物传感等前沿领域展现广阔应用前景。
（中国科学院化学所供图）
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