
SpudCell 是由明尼蘇達大學的科學家創造的一種 人工合成細胞。它是在實驗室中用無生命的化學物質製成的,但可以執行活細胞的大部分功能。它能進食、生長和繁殖,並將其遺傳物質傳遞給後代。
儘管不是有史以來第一個合成細胞,但SpudCell是首個食用實驗室化學物質「自下而上「構建而成,並完成從誕生到分裂成下一代細胞的完整生命週期的合成細胞。它是活細胞結構的一個精簡版本,揭示了生命功能所必需的基本遺傳和結構組成部分。
不是。或者說也許是!SpudCell背後的研究人員並未聲稱創造了生命,儘管他們指出生命「沒有單一公認的定義」,並且他們這種類細胞系統運作方式與活細胞相似。
該項目的研究人員在一份聲明中寫道:「SpudCell表現出了通常用於區分生物與非生物的行為——它能進食、生長、複製其基因組、分裂並進行選擇——然而它比任何天然細胞都要簡單得多,並且是手工一步步組裝而成的。」
與大多數天然細胞不同,SpudCell無法自給自足。由於無法構建自己的核糖體(細胞中負責構建新蛋白質的部分),科學家必須餵給它們關鍵的蛋白質和酶,而且每個譜系只能維持5到10代。
SpudCell的基因組也比大多數活細胞要小。它僅包含9萬個鹼基對,而人類有30億個,並且這些遺傳信息被分散在七個DNA分子中,而不是整合為一個。這種碎片化意味著重要的遺傳物質並不總能完整地傳遞給下一代。
儘管SpudCell是一項新進展,但它是建立在科學家對所謂「最小細胞」的數十年研究基礎之上的。這些是僅包含執行生命功能所需的最基本遺傳和結構體系的人造細胞。
人造細胞有助於研究人員充分了解活細胞的核心功能——即生命需要什麼,不需要什麼。
深入了解生命的聯繫與機制反過來又可以助力醫學研究、太空探索以及許多其他研究領域。
一個多世紀以來,科學家一直試圖模擬生命的過程——從在實驗室中嘗試製造細胞內部部件以進行醫學研究,到嘗試創造完整的細胞。
世界上第一個人工「細胞」是由加拿大物理學家、發明家張明瑞(Thomas Ming Swi Chang)於1957年創造的。雖然這一初次嘗試無法像生物細胞那樣運作,但它為依賴在體內運輸生物材料的醫學進步鋪平了道路——例如在治療器官衰竭和藥物中毒方面。
自那時起,合成生物學領域便蓬勃發展。2010年,在加利福尼亞州和馬里蘭州設有機構的J·克雷格·文特爾研究所的研究人員創造了「最小細胞」——由精簡的天然細胞製成——它們擁有合成基因組並且可以自行分裂。如今,SpudCell展示了合成生物學向前發展的一條新路徑。
J·克雷格·文特爾研究所人造細胞研究負責人約翰·格拉斯表示:「凱特·阿達馬拉的團隊設計並構建了一個無生命的人造細胞,它比自下而上的人造細胞領域生產的其他任何東西都更接近『活』的狀態。」
這是一個重大的進展,但SpudCell項目背後的研究人員表示,仍有很多工作要做。
接下來,研究人員希望創造出構建核糖體的遺傳指令,這樣未來版本的SpudCell就不必從活細胞中借用核糖體——這會將SpudCell的繁殖能力限制在5到10代。
研究人員還希望通過提高其向後代傳遞完整遺傳信息的能力,並減少其對研究人員提供的富含酶的「食物」的依賴,使其功能更接近天然細胞。
這種創建人造細胞的新方法帶來了關於具有生命特徵的創造物的倫理和安全的古老擔憂。生物安全專家表示,SpudCell及類似的人工細胞項目不會構成任何迫在眉睫的威脅。
工程生物學研究聯盟安全項目主任貝基·麥克爾普蘭表示:「目前的SpudCell是一個令人振奮的概念驗證,但要想付諸應用——無論是用在正途還是邪道,還需要做大量的工作。」