人類開始手搓生命？科學家用一組化學配方拼出會長、會繁殖的細胞

一團由脂質、DNA 和蛋白質組成的微小液滴，在顯微鏡下逐漸長大、復制遺傳物質，隨后從中間收縮，分裂成兩個子細胞。

這不是天然細胞，而是一個完全由已知化學成分組成的類細胞系統，且能夠執行一個完整的細胞周期。明尼蘇達大學合成生物學家 Kate Adamala 領導了這項研究，并將其命名為“SpudCell”（土豆細胞）。

團隊成員原本想用 Adamala 的名字命名，但她不愿接受。“叫什么都行，只要不是我的名字，哪怕叫土豆（Spud）也可以。”于是，SpudCell 這個名字就定下來了。

名字聽起來有些隨意，但研究指向的問題卻足夠宏大：人類能否不再依賴一個已經存在的活細胞，僅憑一些化學組分，重新組裝出一個能夠生長和繁殖的系統？

Adamala 團隊給出的階段性答案是：可以，但距離真正的生命還很遠。

該系統包含 36 種純化酶、一個分布在 9 個獨立 DNA 分子上的 90,000 堿基對基因組，以及一個脂質膜。SpudCell 能夠生長、復制其基因組、分裂，并在多個世代中經歷選擇和競爭。

不同于以往通過不斷精簡活細胞來研究最小細胞的工作，SpudCell 是完全利用單獨純化的非生命組分“自下而上”（bottom-up）構建而成的。這是此類系統首次展示出完整的細胞周期。

研究尚未經過同行評議。但在多位業內人士看來，將這些此前分散實現的功能整合進同一系統，已經是合成細胞研究的重要節點。

諾貝爾生理學或醫學獎得主、芝加哥大學生命起源研究者 Jack Szostak 稱其為“令人印象深刻的一步”。他表示，自己不知道還有哪個利用生物組分搭建人工細胞的項目推進到了這一程度。

J. Craig Venter 研究所研究員 John Glass 的評價更高。他認為，將 DNA 復制、脂質體進食和膜分裂等系統組合起來，是一項驚人的技術成就，未來可能成為合成細胞領域乃至生物學的分水嶺事件。

（來源：胡佛研究所）

過去的合成細胞主要以天然生命為底盤。

以 J. Craig Venter 研究所的 JCVI-syn3.0 為代表，“自上而下”路線從天然細菌出發，不斷刪除非必要基因。2016 年問世的 JCVI-syn3.0 擁有約 53.1 萬堿基對和 473 個基因，是當時基因組最小的可自主復制細胞。但它的細胞膜、核糖體和大量分子機器仍繼承自天然生命，最初甚至有 149 個基因功能未知。

SpudCell 則是將經過純化、成分和濃度已知的分子逐一裝入脂質體。

它的外殼是一層脂質膜，內部裝有約 9 萬堿基對的人工基因組，分布在 7 個 DNA 分子上。SpudCell 使用 PURE 系統進行蛋白質表達。PURE 是一種成分明確的混合物，包含 36 種來自大腸桿菌的純化酶，包括核糖體。與之前使用粗細菌細胞提取物的方法不同，PURE 中的每種成分及其濃度都是已知的，這意味著研究人員可以精確追蹤細胞內部發生的反應。

由于 SpudCell 的基因組很小，因此它沒有完整的代謝網絡，不能把簡單的原料加工成維持生命所需的脂質、蛋白質和能量，也不能制造自己的核糖體。

研究人員為此設計了“投喂”機制。他們將糖、脂質、酶、核糖體和小分子封裝在更小的脂質體中，形成一個個“補給包”。SpudCell 依據自身 DNA 合成膜蛋白 α-溶血素，經過化學修飾后，這種蛋白可以與補給脂質體表面的對應分子結合，促使兩層膜融合。補給物進入細胞，新增脂質則擴充細胞膜，SpudCell 由此完成進食和生長。

細胞分裂是整個系統最難完成的一環。

天然細胞通常依靠由多種蛋白質組成的細胞骨架定位染色體、重塑細胞膜，并把遺傳物質分配給兩個子細胞。這一直是合成細胞研究的瓶頸。

Adamala 團隊繞過了對細胞骨架的需求。他們借鑒此前的膜物理研究，讓 SpudCell 制造一種能夠聚集在膜表面的蛋白質。蛋白質不斷擁擠，使局部膜發生彎曲并積累機械應力，最終使細胞膜分裂。

慕尼黑工業大學系統化學家 Job Boekhoven 認為，這項研究漂亮地展示了這種分裂機制。更重要的是，研究人員讓進食、DNA 復制和膜分裂等需要不同化學條件的模塊，在同一個脂質體中連續運轉。

既然 SpudCell 可以生長和分裂，那它能否通過進化邁向生命呢？

為此，研究人員引入了一種基因改變，SpudCell 會產生更多的融合蛋白，從而使細胞生長速度更快，分裂加快。五代之后，生長速度更快的突變株在競爭中勝過了原始株。在營養匱乏的情況下，這種優勢進一步增強，這表明選擇和競爭機制在完全合成的化學系統中也發揮著作用。

對 Adamala 來說，這項研究證明了合成細胞可以呈現類似活細胞的基本行為，但二者的能力仍相去甚遠。

在 30℃ 條件下，SpudCell 約每 12 小時完成一代，速度遠慢于大腸桿菌；它必須定期接收供體脂質體，無法制造自身的核糖體、維持完整的蛋白質合成系統，也不能自主調控代謝或清除廢物。由于缺少精確的基因組分配機制，它在分裂時還經常向子細胞傳遞錯誤數量的 DNA。因此，現有體系通常只能維持 5 至 10 代，隨后便會停止運行。

亞利桑那州立大學的一位進化生物學家 Michael Lynch 稱其為“合成生物學的一項杰作”。然而，他也告誡人們不要過分夸大這種細胞，因為它目前還無法自我維持。

除了實驗本身，SpudCell 的發布方式也在學術界引起討論。

據 Adamala 透露，這篇長達約 190 頁的論文此前曾被 Cell 拒稿，一名審稿人認為 SpudCell 不是真正的生物學。隨后，團隊在將手稿上傳至預印本平臺前，便以禁發形式提供給多家媒體。

“這是一種不尋常的做事方式。”海德堡大學合成生物學家 Kerstin G?pfrich 評論道。Boekhoven 雖然高度肯定技術路線，也強調論文中的核心主張仍需經過同行評議。

在分享最新研究成果的同時，Adamala 和其他研究人員宣布成立一家名為 Biotic 的非營利組織，旨在向世界各地的研究人員開放他們的合成生物學工具。該團隊將公開他們的數據和方法，以便合成生物學家能夠開始構建和改進他們的細胞模型。

到目前為止，該組織擁有大約 1,000 萬美元的種子資金，并將在 9 月份將其大部分作為研究資助發放。他們希望，這項研究成果在未來幾十年內能夠用于制造無需化石燃料的塑料、化肥或藥物等。

1.https://www.quantamagazine.org/for-the-first-time-a-cell-built-from-scratch-grows-and-divides-20260701/

2.https://biotic.org/research/spudcell/spudcell-manuscript.pdf

3.https://biotic.org/research/spudcell/

4.https://kesq.com/cnn-other/2026/07/01/scientists-say-they-have-built-a-cell-from-scratch-for-the-first-time/

免責聲明：本文旨在傳遞生命科學和醫療健康產業最新訊息，不代表平臺立場，不構成任何投資意見和建議，以官方/公司公告為準。本文也不是治療方案推薦，如需獲得治療方案指導，請前往正規醫院就診。

運營/排版：何晨龍

注：封面/首圖由 AI 輔助生成