從頭開始合成細胞：中國科學院攜手亞洲百余課題組公布十年路線圖

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在合成細胞學的王座之上，有一枚所有學者都希冀的明珠——從頭構建一個完全人工合成的活細胞，把一個被磷脂包裹的系統，從底層做成能夠自主表達基因、維持代謝、復制基因組、持續生長并完成分裂的「人工生命雛形」。

幾十年來，盡管人類在基因合成和單模塊構建上取得了長足進步，卻始終卡在一個致命的瓶頸上：如何讓無數個核心功能模塊，在時間和空間上達成完美的非線性協同。

為了打破這一僵局，由中國科學院領銜，匯聚了中國、日本、韓國、新加坡、泰國、馬來西亞等國家的 100 多個頂尖研究團隊的SynCell Asia Initiative（亞洲合成細胞倡議），在《Nature Biotechnology》上正式發表了高贊評論文章「A framework for building a synthetic cell from the SynCell Asia Initiative」，首次向全球公布了其雄心勃勃的十年戰略路線圖。

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

四大物理與工程學高墻

把一堆蛋白質、DNA 和脂質丟進試管中，它們并不會自動變成生命。目前 SynCell Asia 路線圖清醒地指出了當前橫亙在人類面前的四座大山：

1. 代謝斷流：目前的無細胞系統（Cell-free systems）本質上是「吃老本」。它們依賴人類預先加進去的 ATP、NADH 等能量底物，要不了多久就會消耗殆盡，導致系統陷入死亡平衡。人造細胞必須學會自己利用初級原料，進行基因主導的能量再生。
2. 核糖體癱瘓?：核糖體是蛋白質的工廠。在活細胞里，它的組裝需要大量伴侶蛋白、RNA修飾和空間 compartmentalization 的精準配合。人工合成系統缺乏這些機制，導致合成出來的核糖體大都是「殘次品」，無法自主循環再生，蛋白質合成很快就會戛然而止。
3. 生物物理耦合：我們知道細胞膜擴大需要脂質合成和滲透壓，但怎么讓新合成的脂質完美精準地補充到外層膜上，并與細胞體積的增大同步？細胞分裂需要膜彎曲和隔膜閉合，如何實現完美的拓撲學分裂？這些基礎物理規則至今仍是未解之謎。
4. 時空失控的細胞周期?：DNA 復制、染色體隔離、細胞分裂，這三者在時間與空間上必須嚴絲合縫地同步。當前的人造環境缺乏這種高維度的多層次動態調節，經常導致 DNA 亂復制一通，而細胞卻根本無法分裂。

圖示：即將開放使用的 SynCell Asia 官網。

https://syncellasia.org/

分兩個階段走

為了把這條路從「愿景」變成「工程計劃」，SynCell Asia 設計了兩階段路線。

階段 1 的目標是并行發展四個核心功能模塊：代謝、基因組復制與分離、分裂機器、膜系統。隨后把這些模塊整合進一個ProtoCell。該設計旨在實現模塊制備與表征的自動化，從而加快模塊級別的設計-構建-測試-學習（DBTL）循環，優化原細胞的組合模塊組裝流程。

?囊泡穩定：尺寸在 1-50 μm的磷脂囊泡，結構穩定維持 >7 天。

?信息遺傳：≥200 個基因的最小基因組，單分子復制錯誤率控制在每10^6 個堿基對中只有 1~5 個錯誤。

?基因表達：要能通過體外轉錄翻譯覆蓋≥90%的關鍵蛋白和 RNA 組分。

?代謝功能：關鍵代謝物的內部合成，通過工程化膜蛋白的受控運輸實現營養物質內流與代謝廢物外排。

圖示：使用智能細胞模擬原細胞的合成組織工程。

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0142961221002970

階段 2 的目標是把 ProtoCell 推向AutoCell，也就是創造一個能夠持續自我維護、自動復制、定向進化并出現集體行為的系統。

這個階段的關鍵，是把外源系統逐步替換為內生、基因組編碼的機器，最典型的就是引入自我再生核糖體，讓表達系統本身成為可復制的內部模塊。

該階段的目標也十分明確：要實現超過 10 個連續、協調的生長—分裂周期，且細胞大小分布的變異系數小于 15%；同時還要支持定向進化，讓代謝和形態在選擇壓力下持續優化。

AI 驅動的循環

分布式、獨立實驗的模式之所以失敗，是因為合成細胞的各種分子信號轉瞬即逝，且不同實驗室的標準根本無法統一。為此，SynCell Asia 創新性地提出了「中央工廠 + 分布式工作站」的硬件架構。

統一的生物底盤、標準化協議、在線協調系統和資源分配機制，會讓大規模數據的獲取變得可能，而這些數據又將反過來用于訓練預測模型和構建完善的進化庫。

此外，文章還提出要發展single-syncell omics，在單個 synthetic cell 分辨率下同步獲取基因組、轉錄組、蛋白組和代謝組數據，再結合形態和功能成像，把「分子組成—細胞行為」之間的因果聯系系統地映射出來。

多方協作發展

合成細胞是一個需要物理學、計算機科學、工程學、倫理學和社會科學共同推進的長期任務。文章呼吁多方重構資助機制、建立跨學科會議和開放工具鏈，把成功指標從單一論文變成共享平臺、聯合 benchmark 和多站點復現。

https://phys.org/news/2026-06-scientists-unveil-ten-year-roadmap.html