人类开始手搓生命？科学家用一组化学配方拼出会长、会繁殖的细胞

在显微镜下，人类一团由脂质、开始科学DNA 和蛋白质构成的手搓生命微小液滴正经历着惊人的变化：它逐渐长大，复制其遗传物质，家用随后从中间收缩，组化最终分裂为两个独立的学配子细胞。

这并非自然界中存在的拼繁殖生物细胞，而是出会长一个完全由已知化学成分组装而成的类细胞系统（Protocell）。该系统由明尼苏达大学合成生物学家 Kate Adamala领导的人类研究团队打造，并被命名为 “SpudCell”（土豆细胞）。开始科学

命名背后的手搓生命科学野心

团队成员最初提议以 Adamala 的名字命名这一成果，但她坚决拒绝。家用“叫什么都行，组化只要不是学配我的名字，哪怕叫土豆（Spud）也可以。拼繁殖”于是，“SpudCell”这一略带幽默感的名称正式确立。

尽管名字随意，但其背后的科学命题却极其宏大：人类是否能够在不依赖任何现存活细胞的前提下，仅凭基础化学组分，重新组装出一个能够生长、繁殖并进化的生命系统？

Adamala 团队给出的阶段性答案是：可以，但这距离真正的“生命”仍有巨大差距。

SpudCell 的核心架构：36 种酶与 9 万碱基对

SpudCell 是一个高度复杂的化学系统，其核心组件包括：
* 36 种纯化酶：构成蛋白质表达系统。
* 人工基因组：包含 90,000 个碱基对，分布在 9 个独立的 DNA 分子上。
* 脂质膜：作为细胞的外壳。

该系统能够执行完整的细胞周期：生长、复制基因组、分裂，并在多个世代中经历自然选择与竞争。

与以往通过不断精简天然活细胞来研究“最小细胞”的“自上而下”（top-down）路线不同，SpudCell 采用了“自下而上”（bottom-up）策略，完全利用单独纯化的非生命组分构建而成。这是此类系统首次展示出完整的细胞周期。

业界评价：合成细胞研究的里程碑

尽管该研究尚未经过同行评议，但多位顶尖科学家对其给予了高度评价：

• Jack Szostak（诺贝尔生理学或医学奖得主、芝加哥大学生命起源研究者）：称其为“令人印象深刻的一步”，并表示不知道还有哪个利用生物组分搭建人工细胞的项目推进到了这一程度。
• John Glass（J. Craig Venter 研究所研究员）：评价更高，认为将 DNA 复制、脂质体进食和膜分裂等系统组合起来是一项“惊人的技术成就”，未来可能成为合成细胞领域乃至生物学的分水岭事件。

（来源：胡佛研究所）

技术突破：从“精简天然”到“完全合成”

为了理解 SpudCell 的创新性，我们需要回顾合成细胞研究的两条主要路线：

1. “自上而下”路线（代表：JCVI-syn3.0）
   以 J. Craig Venter 研究所的 JCVI-syn3.0 为代表，从天然细菌出发，不断删除非必要基因。2016 年问世的 JCVI-syn3.0 拥有约 53.1 万碱基对和 473 个基因，是当时基因组最小的可自主复制细胞。然而，其细胞膜、核糖体和大量分子机器仍继承自天然生命，最初甚至有 149 个基因功能未知。

2. “自下而上”路线（代表：SpudCell）
   SpudCell 将经过纯化、成分和浓度已知的分子逐一装入脂质体。

3. 外壳：一层脂质膜。
4. 内部：约 9 万碱基对的人工基因组。
5. 蛋白质表达：使用 PURE 系统。这是一种成分明确的混合物，包含 36 种来自大肠杆菌的纯化酶（包括核糖体）。与以往使用粗细菌细胞提取物不同，PURE 系统中的每种成分及其浓度都是已知的，这意味着研究人员可以精确追踪细胞内部发生的每一个反应。

关键挑战：如何解决“进食”与“分裂”？

由于 SpudCell 的基因组极小，它缺乏完整的代谢网络，无法将简单原料加工成维持生命所需的脂质、蛋白质和能量，也不能制造自己的核糖体。为此，研究人员设计了独特的“投喂”机制：

• 补给包：将糖、脂质、酶、核糖体和小分子封装在更小的脂质体中，形成一个个“补给包”。
• 膜融合：SpudCell 依据自身 DNA 合成膜蛋白 α-溶血素。经过化学修饰后，该蛋白可与补给脂质体表面的对应分子结合，促使两层膜融合。
• 生长：补给物进入细胞，新增脂质扩充细胞膜，SpudCell 由此完成“进食”和生长。

细胞分裂则是整个系统最难完成的环节。天然细胞依靠复杂的蛋白质细胞骨架来定位染色体、重塑细胞膜并分配遗传物质。Adamala 团队巧妙绕过了对细胞骨架的需求：
* 他们让 SpudCell 制造一种能够聚集在膜表面的蛋白质。
* 蛋白质在膜表面不断拥挤，导致局部膜发生弯曲并积累机械应力。
* 最终，机械应力使细胞膜分裂。

慕尼黑工业大学系统化学家 Job Boekhoven指出，这项研究漂亮地展示了这种分裂机制，更重要的是，研究人员让进食、DNA 复制和膜分裂等需要不同化学条件的模块，在同一个脂质体中连续运转。

进化潜力：人工系统中的自然选择

既然 SpudCell 可以生长和分裂，它能否通过进化迈向生命？

研究人员引入了一种基因改变，使 SpudCell 产生更多的融合蛋白，从而加快细胞生长和分裂速度。实验结果显示：
* 五代之后，生长速度更快的突变株在竞争中胜过了原始株。
* 在营养匮乏的情况下，这种优势进一步增强。

这表明，选择和竞争机制在完全合成的化学系统中也发挥着作用，这是通向生命进化的重要一步。

局限性与争议：是“杰作”还是“夸大”？

尽管成果显著，但 SpudCell 与真正的生命仍有本质区别：

• 速度慢：在 30℃ 条件下，SpudCell 约每 12 小时完成一代，远慢于大肠杆菌。
• 依赖性强：必须定期接收供体脂质体，无法制造自身的核糖体，不能维持完整的蛋白质合成系统，也不能自主调控代谢或清除废物。
• 遗传不稳定：由于缺少精确的基因组分配机制，分裂时经常向子细胞传递错误数量的 DNA。
• 寿命短：现有体系通常只能维持 5 至 10 代，随后便会停止运行。

亚利桑那州立大学进化生物学家 Michael Lynch称其为“合成生物学的一项杰作”，但也告诫人们不要过分夸大，因为它目前还无法自我维持。

此外，SpudCell 的发布方式也在学术界引发讨论。据 Adamala 透露，这篇长达约 190 页的论文此前曾被《Cell》拒稿，一名审稿人认为 SpudCell 不是真正的生物学。随后，团队在将手稿上传至预印本平台前，便以禁发形式提供给多家媒体。

海德堡大学合成生物学家 Kerstin Göpfrich评论道：“这是一种不寻常的做事方式。”Boekhoven 虽然高度肯定技术路线，也强调论文中的核心主张仍需经过严格的同行评议。

未来展望：开放科学与非营利组织 Biotic

在分享最新研究成果的同时，Adamala 和其他研究人员宣布成立一家名为 Biotic的非营利组织，旨在向世界各地的研究人员开放他们的合成生物学工具。

• 开放数据：团队将公开所有数据和方法，以便合成生物学家能够开始构建和改进他们的细胞模型。
• 资金支持：该组织拥有大约 1,000 万美元的种子资金，并将在 9 月份将其大部分作为研究资助发放。
• 长远目标：希望这项研究成果在未来几十年内能够用于制造无需化石燃料的塑料、化肥或药物等。

参考文献：
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/

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