SpudCell是第一个由非生物成分构建的合成细胞系统，可以完成完整的细胞周期。——Orion Venero，Adamala实验室 “SpudCell”的创造者声称，这是合成生物学的重要进展。这种宣传在某种程度上是有道理的——是的，它是一个细胞，但或许并不完全可以称作活细胞。它有36个基因，可以以原始的方式复制DNA并进行复制，但它需要很多外部帮助，并在大约五次分裂后失去功能。然而，这比其他团队所取得的任何成就都要多，因此可以说这是迄今为止最大的生物工程成就。由明尼苏达大学的Kate Adamala及其同事创建，团队现在正将SpudCell项目开放源代码，以便进一步开发，甚至使其能够无限分裂。你需要知道的有：什么是SpudCell？这是向创建一个功能完全理解的最小生命形式迈出的一步。以前的尝试涉及从最初基因组较小的细菌细胞中删除基因。例如，在2016年，一个901个基因的细菌被剥离至仅493个基因。Adamala的团队则是采取了另一种方式，从只有36个基因开始。这些基因大部分来自大肠杆菌，但也有一些来自感染细菌的病毒，以及一个来自水母的荧光蛋白，帮助使细胞可见。那么，这算活的吗？不。它可以做到一些活细胞的事情，比如复制基因和分裂，但它做得不好，并且需要很多外部帮助才能做到这些事情。例如，研究人员展示了进化的现象，当引入有益变异时，那些细胞的表现更好。但这个变异必须是故意引入的，而不是自发发生的。“我认为如果它可以无限复制并具备达尔文进化能力，我会满意地称之为活的，”Adamala说。那么我们真的可以称它为合成细胞吗？这取决于你如何定义事物。从某种意义上说，它确实是合成细胞，因为它是在实验室中组装而成，并完成了一些细胞能做的事情。但它是使用现有细胞的部分构建而成的——主要是那36个基因——而不是完全从头开始创建的。可以把它看作是一个极其简化的大肠杆菌，添加了一些来自其他病毒、细菌和水母的成分。它是如何组装的？研究人员将36个基因工程化为七个环状DNA片段。他们制作了大量副本，并将其放入含有细胞所需的所有其他成分的溶液中，比如DNA和蛋白质的基本构件，以及自发形成细胞样气泡的脂肪分子。这些气泡中有些最终携带了基因组的所有七个部分。随后，这些细胞通过编码形成膜孔的两种基因维持生命，允许一些小分子进入。较大的分子则以小气泡的形式供应，与细胞融合。因此细胞获得了所有生命的基本构件，因为它无法自行制造。细胞是如何分裂的？团队向溶液中添加了大型蛋白质，这些蛋白质与从膜突出的一种蛋白孔结合。这些蛋白质争夺空间，并导致膜弯曲，Adamala说，这可以导致部分SpudCell budding off并形成自己的独立气泡。这并不是两部分的平等分裂，产生的“子”细胞随机选择环状DNA片段，因此很多细胞缺乏完整的基因组。为什么不把所有基因放在一块DNA上？这样可以更好地确保子细胞获得所有基因，但处理如此大块DNA非常困难，Adamala说。“一旦我们有了一个满意的基因组，它肯定必须放在一个大型（片段）上。”SpudCell，红色膜被脂质染料染色。——Orion Venero，Adamala实验室 在大约五轮分裂之后，细胞为何停止活动？团队不太确定，但细胞无法自行创建蛋白质合成工厂，即核糖体。它们必须被供应这个工厂。“我们推测，细胞停止分裂是因为核糖体失效，”Adamala说。因此，一旦细胞能够自我制造核糖体，它们可能能够继续无限分裂。“我认为很快就可以实现，”她说。这一切都非常令人印象深刻，但为什么要首先创造SpudCell？“我们希望能够用活生物制造所有石化化学品，从而基本上摆脱石油，以获得所有气候和社会的好处，”Adamala说。我们依赖几乎所有的化学品，从塑料到农药，都来源于石油和天然气。她说，许多化学品是有毒的，会杀死正常细胞。然而，合成细胞可以设计为耐受这些物质。