从零开始构建合成细胞：中国学者刘陈立领衔，发布亚洲合成细胞路线图

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

合成生物学的一个核心目标是从零开始构建合成细胞——一种被磷脂包裹的系统，能够自主表达基因、进行完整的代谢、自我复制，并持续生长和分裂。合成细胞通过实现精确可预测的功能，有助于加深我们对生命机制的理解，其在生物制造、医学和生物技术领域具有巨大潜力。这一愿景推动了全球研究界的共同努力，欧洲和美国率先开展了多项开创性计划，例如 MaxSynBio、Build-a-Cell、BaSyC 和 EVOLF，通过模块化设计和跨机构合作奠定了关键基础。

而现在，由中国、日本、韩国、新加坡、泰国和马来西亚的 100 多个实验室组成的“亚洲合成细胞联盟”（SynCell Asia Initiative）开始致力于加速全球合成细胞研究进程。

2026 年 5 月 26 日，中国科学院深圳先进技术研究院刘陈立研究员领衔的“亚洲合成细胞联盟”（SynCell Asia Initiative）在Nature Biotechnology期刊上发表了题为：A framework for building a synthetic cell from the SynCell Asia initiative 的文章，介绍了一个雄心勃勃的路线图——从零开始构建一个完全由人工设计的、能够自我维持和复制的“合成细胞”。这不仅是生物学和工程学的极限挑战，更可能彻底改变生物制造、医疗和我们对生命本质的理解。

为什么要造一个“合成细胞”？

合成生物学的一个终极目标，就是“自下而上”地构建一个合成细胞——一个被磷脂膜包裹，能够自主进行基因表达、完整新陈代谢、自我复制并持续生长和分裂的系统。

与改造现有生物体不同，从零开始构建，让我们能精确设计细胞功能，深入理解生命运作的基本原理，并创造出自然界不存在的“生命机器”，用于生产药物、新材料或环境修复。

四大核心挑战：造细胞比造火箭还难

然而，从无到有地创造一个生命体，面临着四大根本性挑战——

能量与物质的“永动机”难题：现有系统依赖预先加载的“燃料”（例如 ATP、核苷酸），它们很快就会被耗尽。如何让细胞自己持续生产并循环利用这些必需资源，维持远离平衡的活跃状态，是一大瓶颈。

蛋白质“工厂”核糖体的组装困境：核糖体是细胞的蛋白质合成工厂，其组装需要多种辅助因子和精确的空间定位。在人工系统中重建能自主循环工作的核糖体极其困难。

模块设计的“未知法则”：我们了解一些细胞过程的原理，例如膜生长需要脂质合成，细胞分裂需要膜弯曲。但如何将这些过程精确耦合、协调控制，转化为可预测、可操控的工程模块，仍缺乏设计规则。

系统级的“时空交响乐”：如何让 DNA 复制、染色体分离和细胞分裂在人工环境中像交响乐一样精准同步？目前的合成系统缺乏这种多层级的时空调控能力。

亚洲方案：两步走路线图

面对这些复杂挑战，SynCell Asia没有选择单打独斗，而是提出了一个清晰的“两步走”战略，和一项革命性的基础设施——集中化、AI 驱动的生物铸造厂（Biofoundry）。

第一阶段：打造“原始细胞”（ProtoCell），目标是在未来几年内，集成四大核心功能模块（代谢、基因组复制与分离、分裂机器、膜系统），构建一个类似最小原核生物的“原细胞”。它将具备：

• 稳定的磷脂膜囊泡（1-50 微米）。

• 能复制的最小基因组（≥200 个基因）。

• 可控表达 90% 以上必需蛋白质。

• 内部合成关键代谢物（例如 ATP、氨基酸）的能力。

• 初步的“数字孪生”模型，用于模拟和预测细胞行为。

第二阶段：实现“自主细胞”（AutoCell），目标是将“原始细胞”升级为能自我维持、自主复制甚至进化的“自主细胞”。关键突破包括：

• 用基因组编码的、能自我再生的核糖体系统，取代外部的蛋白质合成机器。

• 实现超过 10 轮连续、协调的生长-分裂周期。

• 通过定向进化，让合成细胞适应不同环境或获得新功能。

• 让多个“自主细胞”组成群体，分工协作，实现更复杂的多细胞功能。

核心引擎：生物铸造厂

如何管理这无数次的“设计-构建-测试-学习”循环？传统分散的实验室模式效率太低。SynCell Asia 的核心创新是建立一个集中化的生物铸造厂（Biofoundry）。它就像一个“细胞组装中央工厂”：

• 标准化生产：高通量、自动化地生产标准化的“细胞底盘”（装载特定蛋白质和成分的囊泡）。

• 分布式实验：各参与团队在标准化工作站接收这些“底盘”，进行自主实验，确保既灵活又可重复。

• AI 驱动优化：结合自动化实验、单细胞多组学数据和机器学习，形成闭环，加速设计迭代，从海量数据中发现隐藏规律。

• 全球协作平台：作为一个开放枢纽，促进协议、数据和资源的全球共享。

亚洲合成细胞技术路线图的 10 年计划

超越科学：一场跨学科的全球协作

构建合成细胞不仅是生物学家的事，它需要理论物理、计算机科学、人工智能甚至伦理学和社会科学家的共同参与。SynCell Asia 也积极与欧美现有的“Build-a-Cell”等倡议对齐合作，旨在统一零件标准、共同制定基准，使合成细胞的追求成为一个协同整合的全球里程碑。

从“原始细胞”到“自主细胞”，这条路充满挑战，但也闪耀着无限可能。SynCell Asia 的蓝图，不仅是一份科研计划，更是一份面向未来的宣言。它代表着人类用工程思维理解并重塑生命的一次大胆进击。当第一个真正意义上的合成细胞诞生时，我们开启的将不仅仅是一个新的技术时代，更是一个重新审视生命奥秘的新视角。

https://www.nature.com/articles/s41587-026-03153-w