美国明尼苏达大学（University of Minnesota）生物科学学院的Kate Adamala与Aaron Engelhart团队宣布，他们构建出全球首个完全由非生命化学组分组成、具备完整生命周期的合成细胞，并将其命名为SpudCell。相关论文已公开，尚待同行评审。该成果被视为生物工程领域的一项重大突破，未来有望为医学与工程领域的难题提供新解法。

SpudCell的核心特征

据研究团队介绍，SpudCell能够完成生物细胞生命周期中的多项关键行为：选择、基因组复制、生长、通过“进食”获取资源，以及由基因编码控制的细胞分裂。其中，细胞分裂方式尤为特殊——天然细胞依赖内部骨架结构“细胞骨架”完成分裂，这长期是合成细胞研究的瓶颈；SpudCell则绕开了对细胞骨架的需求，转而利用在膜表面聚集的蛋白质，当机械应力累积到一定程度时使膜发生分裂。

研究还展示了选择与竞争行为。团队引入一种基因改变，提高了融合蛋白的产量，使细胞生长更快、产生更多后代。经过五代之后，生长更快的变体在竞争中胜过了原始版本；在营养匮乏条件下，这种优势进一步扩大，表明选择与竞争可以在完全合成的化学系统中运作。

极简基因组与模块化设计

DNA是所有生物的“程序”。人类基因组大小约为300万kb（千碱基对），此前有生物学家推测活细胞基因组最小可至113 kbp，而SpudCell的基因组更小，仅为90 kbp。其基因组并非以单一染色体形式存在，而是分散在七个独立的DNA质粒上。这种模块化结构使团队能够独立“编程”细胞的不同功能。随着持续开发，SpudCell及其后续版本将能执行日益复杂的功能与行为。

Biotic机构与开放基础设施

伴随论文发布，Adamala与明尼苏达大学之外的合作伙伴共同创立了公益研究与工程机构Biotic（位于美国明尼苏达州），目标是构建合成细胞工程所需的共享技术基础设施，并向全球研究人员开放参与。Adamala表示：“这项工作只是开始。我们正在证明，工程化改造细胞基本功能是可能的。要真正实现这项技术的潜力——使其稳健且实用——需要国际协同努力。Biotic的角色是聚焦工程化工作，并使其与共享底盘兼容。SpudCell就是那个底盘。”

尚待解决的工程化挑战

要将单个SpudCell的构建转变为真正的工程流水线，仍有大量工作要做。细胞的七个DNA质粒需要整合为单一、更稳定的基因组，还需构建更多分子机器。Adamala及其同事认为，基础设施也是一大挑战，因为不同实验室之间缺乏关于工作细胞的共享标准。她坦言：“这项工作的规模化异常困难。这个领域的知识很难解释清楚，项目合作者不得不飞来进行现场演示，才能让特定技术跑通。这不可扩展。任何工程学科都需要模块化。在我们看来，这些模块必须在开放环境中构建。”

研究团队指出，目前许多依赖的制造产品——药物、材料、工业化学品——所需的分子转化，要么借助天然细胞，要么依赖高能耗的严苛工业化学过程。从零构建的细胞有望完成工业化学无法实现的分子转化。这可能首先改变分子医学，构建精确的治疗分子，包括纳入进化从未使用过的氨基酸的药物；也可能带来“生长”而非合成的材料，以及运行在生物温度而非工业温度下的制造方式。SpudCell首次为这类可工程化平台提供了基础。

来源：BioTechniques（英文原文，生物航编译，内容以原文为准）