网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

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!

0
分享至

“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。”

声明:个人原创,仅供参考

特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
刚刚!丰田发布最新技术!

刚刚!丰田发布最新技术!

电动内参
2026-10-29 01:32:33
贾乃亮一天卖了5.7亿抢饭碗?小商家控诉:投流都投不出去

贾乃亮一天卖了5.7亿抢饭碗?小商家控诉:投流都投不出去

草莓解说体育
2026-10-28 05:01:10
中美俄离婚率:美国2.4‰,俄罗斯高达4.4‰,中国的数据是多少

中美俄离婚率:美国2.4‰,俄罗斯高达4.4‰,中国的数据是多少

影孖看世界
2026-09-17 19:21:58
痛心!90后知名老戏骨去世,曾获金鸡奖影帝,妻子是西安交大才女

痛心!90后知名老戏骨去世,曾获金鸡奖影帝,妻子是西安交大才女

不写散文诗
2026-10-28 15:13:04
4人在美国餐厅大吃$130美元霸王餐!移民店主一怒之下做了这件事,警方却坐不住了

4人在美国餐厅大吃$130美元霸王餐!移民店主一怒之下做了这件事,警方却坐不住了

英国那些事儿
2026-10-28 01:40:11
伟大的长征:直到红军渡过金沙江,才知老蒋算计王家烈给自己挖坑

伟大的长征:直到红军渡过金沙江,才知老蒋算计王家烈给自己挖坑

郭蛹包工头
2026-10-28 19:37:53
男子借助AI编写彩票选号小程序 幸运猜中508万大奖

男子借助AI编写彩票选号小程序 幸运猜中508万大奖

快科技
2026-10-28 16:38:11
8投5中砍13分13板,周琦赛后戴上口罩:我感冒了

8投5中砍13分13板,周琦赛后戴上口罩:我感冒了

竞技风云录
2026-10-29 05:53:26
8个交易日涨51%后,全球精密制造龙头长盈精密披露三季报:单季环比改善,又一社保组合进入前十大股东

8个交易日涨51%后,全球精密制造龙头长盈精密披露三季报:单季环比改善,又一社保组合进入前十大股东

每日经济新闻
2026-10-28 22:40:02
媒体:C罗晚节不保!他虚荣、有丑陋的特权错觉!是糟糕的队友!

媒体:C罗晚节不保!他虚荣、有丑陋的特权错觉!是糟糕的队友!

罗吹终结者
2026-10-26 18:01:35
亚残运会奖牌榜收官:日本186枚,韩国100枚,中国这次太让我意外

亚残运会奖牌榜收官:日本186枚,韩国100枚,中国这次太让我意外

林子说事
2026-10-28 09:01:25
36岁奥斯卡影后自曝整过胸,还想做拉皮:我要当性感妈妈

36岁奥斯卡影后自曝整过胸,还想做拉皮:我要当性感妈妈

生活观察员啊
2026-10-28 00:25:57
46岁董璇携小8岁老公亮相!38岁张维伊状态大变,被爱情养帅了

46岁董璇携小8岁老公亮相!38岁张维伊状态大变,被爱情养帅了

残梦断忆
2026-10-26 06:40:42
中国将迎来史上最大规模的退休潮。

中国将迎来史上最大规模的退休潮。

荆楚寰宇文枢
2026-10-10 22:52:15
38岁倪妮晒驾照:过了过了,恭喜我自己;本人发94张自拍照记录学车历程

38岁倪妮晒驾照:过了过了,恭喜我自己;本人发94张自拍照记录学车历程

19楼
2026-10-28 12:16:41
"丧尽天良!"西安挖出秦始皇女儿的陵墓,墓里的惨状,连考古专家都倒吸一口凉气

"丧尽天良!"西安挖出秦始皇女儿的陵墓,墓里的惨状,连考古专家都倒吸一口凉气

扶苏聊历史
2026-10-27 16:08:24
1.5亿股民都不知道:股票已经跌到全部股东都套牢,为什么还会跌

1.5亿股民都不知道:股票已经跌到全部股东都套牢,为什么还会跌

股经纵横谈
2026-10-27 21:08:23
太扎心了!25岁女子和前男友酒店发生关系,事后仍被拒绝复合,女子不甘心,从此前男友就消失不见了

太扎心了!25岁女子和前男友酒店发生关系,事后仍被拒绝复合,女子不甘心,从此前男友就消失不见了

丫头舫
2026-10-19 20:19:42
9.98万,本田全新飞度:10月27日,提前曝光 !

9.98万,本田全新飞度:10月27日,提前曝光 !

沙雕小琳琳
2026-10-28 08:02:35
日本媒体怎么也想不通:50万的日本机床,却被山东滕州疯狂替换

日本媒体怎么也想不通:50万的日本机床,却被山东滕州疯狂替换

原来仙女不讲理
2026-10-29 00:41:15
2026-10-29 06:51:00
他想要很多很多的梦
他想要很多很多的梦
他想要很多很多的梦
1481文章数 225关注度
往期回顾 全部

科技要闻

宇树科技前三季净利暴增270%

头条要闻

美联储宣布维持利率不变

头条要闻

美联储宣布维持利率不变

体育要闻

0胜4负与篮网国王一桌 热火字母哥赌错了?

娱乐要闻

巾帼不让须眉!章子怡拿下重磅荣誉

财经要闻

iPhone Duo七年等来一场吐槽大会

汽车要闻

首销期权益价23.98万起 2026款理想i6上市

态度原创

旅游
健康
数码
公开课
军事航空

旅游要闻

广东入境游活力十足

查不出猝死风险?可能是项目没做对

数码要闻

Mac进入触屏时代:苹果铺路软件生态,11月开启在线研讨

公开课

李玫瑾:为什么性格比能力更重要?

军事要闻

伊朗最高领袖最新声明 提到了“结束战争”

无障碍浏览 进入关怀版