科学家刚刚在实验室创造出有史以来最逼真的细胞——它可能实现什么

科学家表示，他们已经构建出一种“合成细胞”，能够以与活细胞极为相似的方式摄取营养、生长和分裂。

这项研究于7月2日发布在预印本数据库bioRxiv上，尚未经过同行评审。它介绍了一种名为SpudCell的新型人工细胞，标志着朝着从零开始创造活细胞迈出了重大一步。但对于研究合著者、明尼苏达大学合成生物学家凯特·阿达玛拉来说，但这还远远不是这项研究中最有意思的部分。

“我不认为[SpudCell]是活的，”阿达玛拉告诉Live Science网站。相反，她将该系统描述为一个框架，可以用生物学的方法“生成我们文明所需的所有化学物质”。其设想是，SpudCell可以充当一个微型工厂，源源不断地生产药物、肥料、塑料或各种各样的其他化合物。

这项工作的公布引发了一些争议，一些科学家认为这是一种噱头，目的是为作者同期创立的非营利组织Biotic争取媒体关注，该组织旨在筹集资金以进一步开发SpudCell平台。阿达玛拉对这种批评并不生气，因为她热衷于为自己的领域带来更多关注和资金。她认为，如果合成细胞能够被完善，它可以帮助人类在不那么严重依赖石油产品的情况下生产化学物质。

“我感到一种难以置信的紧迫压力，如果我们现在不着手研究，我们就来不及了，”她说这话时指的是气候危机。“我们需要强调，生物工程可以提供解决方案。这就是我这样做的原因。”

合成细胞，一个宏大的承诺

根据预印本，Adamala及其团队制造了一个与活细胞极为相似的仿生系统。为此，他们将36种纯化酶和脂肪膜与一个比普通细菌细胞小约50倍、经过大幅精简的基因组结合在一起。通过将这些人工元素混合在一起，科学家们生成了一种能够进食、生长和分裂的细胞——也就是说，他们在培养皿里完整地复现了一个细胞周期。

“我们构建了一个化学成分完全明确的类细胞系统，因此里面没有未知的成分，”Adamala说。“它能做到人们此前认为只有天然活细胞才能做到的事情。”他们将该系统称为“SpudCell”，因为它看起来像土豆，据《纽约时报》报道。这个名字也是在呼应斯普特尼克卫星，据CNN报道。

在培养皿中重现细胞周期的概念并不完全新鲜。J. Craig Venter研究所2016年的“最小细胞”论文曾试探性地涉足这一概念，他们尽可能多地从细菌中剥离基因，只留下一个仍能复制的最小细胞。然而，这项新研究是科学家首次使用“自下而上”的方法实现进食、生长和分裂。

这项工作标志着“一项巨大进步”，英国赫尔大学生物技术与生物化学讲师Mauro Rinaldi说——他并未参与这项研究。“它之所以意义重大，是因为细胞最核心的特征之一就是分裂。”

但有几个重要的前提要说清楚。其一，这些细胞还不能像我们的细胞那样靠线粒体自己产生能量。它们还依赖外部提供的脂肪、糖和酶。这些细胞无法自行制造核糖体，而核糖体负责把遗传指令变成细胞里能干活的部件。也就是说，它得靠从外面送进来的蛋白质。

另一个不同之处在于，SpudCell的基因组分散在称为质粒的DNA片段上，而不是整整齐齐地打包在染色体里。它不具备细胞在分裂过程中通常用来整齐分裂DNA的骨架，因此，SpudCell的DNA在分配给子细胞时可能会有点乱七八糟。

“对结果的描述让我对这些发现的性质和可靠性有不少技术上的疑问，”荷兰代尔夫特理工大学的生物物理学家塞斯·德克尔说，他并未参与这项工作。“[其]方法用了一些巧妙的工程手段走捷径，来实现生长等复杂功能，但要想造出一个真正自主的细胞，不靠外部帮助就能完成所有这些功能，仍然是个重大挑战，”他说。

有些科学家更希望这项研究先经过同行评审、在科学期刊上发表，然后再上新闻，德克尔就是其中之一。“如果这些发现是可靠的，那媒体这么关注完全说得过去；但如果同行评审发现有问题或不足，那现在所有这些媒体报道就太早了，”他说。

从细胞到制造平台

Adamala 把 SpudCell 看作一张白纸，可以从零开始设计。“我们相信，如果我们从头制造一个细胞，那它就能被完全改造，”她说。

细胞很早就被用来生产人类需要的化学品。例如，数百万人使用由细菌和酵母细胞制造的合成胰岛素。但细胞不愿意制造可能对自身有害的化学物质，而且在进化过程中，它们已经形成了防止这种情况发生的机制。Adamala 和她的同事认为，类似 SpudCell 的系统可以绕开这些天然的障碍。

这类平台还可能有助于制造新一代的药物，例如基于 mRNA 或肽的药物。这些药物使用氨基酸或核苷酸这类分子构件，它们经过化学修饰，让分子更稳定，或者更不容易被人体分解。可以对 SpudCell 进行工程改造，直接生产这些经过修饰的成分，而不用像以前那样，科学家得在传统化学实验室里合成。该团队认为，这有可能缩短研发时间，降低成本。

Adamala 和她的同事还设想，这些细胞可以当作便于运输的实验室来用。可以把它们干燥后运走，不需要冷藏就能储存，到了需要的时候和地点再激活，用来生产化学品、疫苗或蛋白质。

但前面的路还长着呢。目前，SpudCell 还只是一个原理验证阶段的东西，要真正变成工业平台，还有好多难关要过。

“SpudCell 还不是一个能拿出什么实用产品的工程平台，但这是第一步，”Adamala 表示，“可能至少还得几十年，我们才能真正把它规模化，做到用生物来替代所有石化产品，但我确实觉得这事儿能成。”

Adamala 希望非营利组织 Biotic 能帮忙把慈善家的捐款直接输送到研究中去。“Biotic 是一个资助机构，会在全球范围内给这项工作提供资金，”她说。

虽然这项技术很有前景，“但仍需经过同行评审，”Rinaldi 指出，“我估计，过几年之后，很多炒作和它们用的那些术语都会消失。”