女科学家从零造出会分裂的细胞，顶级期刊却拒稿：这不是生物学！

“我有好一阵子不敢相信。”凯特·阿达马拉在接受Quanta Magazine采访时回忆说。她反复检查数据，反复查看显微镜下的图像，一个脂质膜包裹的“小水滴”，里面装着酶、DNA和一套蛋白质合成工具，正在拉长、收缩，然后一分为二。

“天哪，我真的造出了一个会分裂的细胞？……检查了够多次之后，你才敢跟自己说：好吧，这是真的。”

SpudCell在显微镜下拉长、收缩并分裂成两个子细胞的过程。 | 图源：Kate Adamala, Adamala Lab

这个“小水滴”就是SpudCell（土豆细胞），它由36种纯化酶、一个9万碱基对的基因组和一层脂质膜组成。它能与外部的“饲养脂质体”（磷脂分子构成的微小中空囊泡，结构和人体细胞膜高度相似）融合获取营养，能复制自己的DNA，能通过膜表面的物理应力分裂成两个子细胞。

不过它不是活的，按任何定义都不是。

“我不知道还有哪个用生物组分组装人造细胞的尝试，能走到这么远。”研究生命起源的芝加哥大学化学家杰克·绍斯塔克（Jack Szostak）对Quanta Magazine说。绍斯塔克是阿达马拉的博士生导师，但未参与此项研究。

人类想从零造一个细胞，这个梦做了几十年。一直以来，想要实现这个目标的路线分两种。

第一条是“自上而下”：拿一个已经活着的细胞，不停地删基因，看删到什么程度它还能活。

首个人工合成基因组的细胞 | 图源：JCVI

但自上而下路线有一个根本限制：你必须从一个活细胞开始。你拿走的东西越多，越接近生命的底线，但你永远是在做减法。

第二条路线是“自下而上”：从非生命的分子出发，一个组件一个组件地往上搭，看什么时候搭出来的东西开始表现得像活的。

这条路上的关键工具早已存在。2001年，东京大学上田卓也团队开发出PURE系统，这是一套包含36种纯化蛋白因子以及核糖体、tRNA等组分的蛋白质合成工具包，能在试管里读取DNA并合成蛋白质。

此后，德国马克斯·普朗克学会的莱因哈德·利波夫斯基（Reinhard Lipowsky）发现，在脂质膜表面附着蛋白质标签可以吸引其他蛋白质聚集，物理挤压膜直至分裂。合成生物学家汉内斯·穆奇勒（Hannes Mutschler）和克里斯托弗·达内隆（Christophe Danelon）则开发了一套在脂质体内复制DNA的系统。

但从来没有人把这些模块整合进同一个系统，让它们协同运转。

阿达马拉2016年在明尼苏达大学建立实验室时，设想的就是这件事：用天然的生物分子，从零组装一个能完成完整细胞分裂周期的合成细胞。她的路线图来自所有已知细胞的共同特征：它们生长，它们复制DNA，它们分裂，它们演化。

合成生物学家Kate Adamala | 图源：Eurekalert网站

“我有一份蓝图，一份完整的化学成分清单，列出了每一个组分。”她对Quanta Magazine说。

SpudCell的身体是一个脂质体，一个由脂肪分子围成的中空小球，和天然细胞膜的材料相同。球内装着PURE系统的蛋白因子和核糖体，以及分布在多个质粒上的约9万碱基对基因组。这个基因组比典型细菌小50倍，甚至比曾有理论方案估算的最小自主生命基因组（约113kbp）还要小。

但基因组小也意味着SpudCell自己几乎什么都不会“做”。它没有代谢基因，不能处理食物和能量，不能合成核糖体，不能制造转运RNA（tRNA）。它就像一个不会做饭的人，完全靠外卖活着。

“外卖”是研究团队预先制备的一批小脂质体，里面装着糖、脂质、酶，以及核糖体和tRNA等复杂分子。SpudCell的基因组编码了一种叫α-溶血素（α-hemolysin）的蛋白质。这种蛋白质会插入SpudCell的膜中，向外伸出一个化学标签。当装满营养的小脂质体撞上SpudCell时，标签会锁住它们，触发两层膜融合，营养随之灌入。

SpudCell的DNA控制着它能不能吃、吃多快、长多大。天然细胞通过数百个代谢酶基因来实现类似的功能。SpudCell用外部供给绕过了这一步，以极小的基因组完成了细胞周期。

喂饱了，长大了，DNA也复制了。下一步是分裂。

这正是整个合成生物学领域卡了很久的地方。许多天然细胞分裂依赖细胞骨架——一套由几十种蛋白质协调运作的内部支架。从零构建一套功能性的细胞骨架，是公认的瓶颈。阿达马拉的团队决定跳过它。

他们借鉴了利波夫斯基的思路：让SpudCell在膜表面表达一种带有标签的蛋白质，再从外部加入连接分子和链霉亲和素（streptavidin）。连接分子先与标签结合，再把链霉亲和素固定到膜表面。当越来越多的链霉亲和素聚集在膜上，蛋白质之间的拥挤改变了膜的曲率，物理应力大到膜承受不住，细胞就裂成两半。

Max Planck团队展示过通过膜表面蛋白浓度控制人工细胞样囊泡分裂的机制，SpudCell借鉴了这一思路。| 图源：Max Planck Institute of Colloids and Interfaces/Jan Steinkuehler

“这大概是最笨的办法了。”阿达马拉对《科学》杂志说。

不过，这套分裂机制效率很低。为了实现多轮分裂，研究团队不得不用物理手段辅助：把SpudCell压过一层布满微孔的膜，强制把它们挤碎。即便如此，五轮分裂后，只有约30%的子细胞仍保留了完整的全套基因组。

每一代耗时约12小时。作为对比，大肠杆菌在适宜条件下约20至30分钟就能倍增一次。

SpudCell也无法制造新的核糖体，这套蛋白质合成机器会随着分裂代数增加而降解。绍斯塔克指出，无法自主生产核糖体“限制了它的生长和持续繁殖潜力”。如果SpudCell能自己造核糖体和其他蛋白质及RNA，“它就会更接近现有的生物细胞，比如细菌”。

细胞能生长、能分裂了。但它能迈向生命的下一步，演化吗？

阿达马拉的团队做了一个实验。他们制备了两批SpudCell：一批使用普通强度的启动子驱动α-溶血素基因，另一批使用更强的启动子（T7Max），让细胞产生更多的融合蛋白。结果，后者吃得更快、长得更大。

然后，他们把两批细胞混在一起，让它们竞争同一份有限的营养。五轮生长和分裂后，产更多融合蛋白的变体在种群中占了上风：约60%的基因组携带了T7Max启动子。在营养更稀缺的条件下，这种优势更加明显。

这是真正的自然选择吗？不是。突变是研究者人为引入的，分裂需要机械辅助，基因组分配也不均匀。但它证明了一件事：在一个完全由已知化学组分构成的系统里，“适者多产”的逻辑已经开始运转。

阿达马拉自己也清楚，离真正的演化还差关键一步。她的DNA复制酶工作得太精准了，不会引入有意义的随机突变。她需要找到一种更容易犯错的酶，但又不能错得太离谱，以至于基因组在几代之内就崩溃。她引用了生物化学家、复杂性理论家斯图尔特·考夫曼（Stuart Kauffman）的说法：生物学在“混沌边缘”运转得最好。

“生物学需要变化得足够快，但不能太快。”阿达马拉说。

SpudCell的科学内容只是故事的一半，故事的另一半是它的发布方式，本身就成了争议。

海德堡大学合成生物学家克斯廷·格普弗里希（Kerstin Göpfrich）对《科学》杂志评价说：“这是一种不寻常的做法。”

但也有同行持不同看法。

斯坦福大学合成生物学家德鲁·恩迪（Drew Endy）认为，阿达马拉的做法需要勇气。“我觉得她是在给所有人一份礼物。”他对《科学》杂志说。在他看来，尽快把研究公开（哪怕没有同行评审），是启动合成细胞领域协作的前提。

多位评审人对SpudCell本身给出了谨慎但积极的评价。西班牙国家生物技术中心（CNB-CSIC）教授维克托·德·洛伦佐（Víctor de Lorenzo）的表态可以代表一种广泛的立场：这项工作“技术上扎实，是重要的技术进步，但绝非在实验室中创造了生命”。他说，“生物工程中的里程碑不应与生命起源或创造中的里程碑混为一谈”。

在宣布SpudCell的同时，阿达马拉和恩迪等人成立了一个名为Biotic的非营利组织，目标是协调全球合成生物学研究团队，加速真正合成细胞的实现。据恩迪透露，Biotic已获得约1000万美元种子资金，大部分将于2026年9月以研究资助形式发放。团队同时公开了所有数据和方法，供全球研究者在SpudCell基础上改进。

阿达马拉喜欢用飞机做比喻。“现代细胞就像一架梦想客机（Dreamliner）。”她说，“我们造的是一架莱特飞行器……第一个装上翅膀的自行车车架，飞了100英尺。”

在她把SpudCell造出来之后，学生们想用她的名字来命名，叫“阿达马拉细胞”。她坚决反对，开玩笑说叫什么都行，叫土豆也行。于是学生们真的叫它SpudCell（土豆细胞）。“我是波兰人，我大部分成分就是土豆，所以没问题。”她说。

在显微镜下看SpudCell，“就是一坨东西”（it's a blob），阿达马拉承认，“对我来说很美，因为我太兴奋了。”

而另一位合成生物学家、慕尼黑工业大学的伯克霍芬，把视角拉得更远：

“如果你想理解生命是什么，你首先得造出生命。”