
合成生物学双突破:首例自组装人造细胞问世,寄生蠕虫被改造为“体内药厂”
明尼苏达团队用非生命化学物质构建出可摄食、生长、分裂的SpudCell,同时华盛顿大学将钩虫基因编辑为药物递送载体,两项进展共同指向工程化生命系统的实用化前夜。
美国明尼苏达大学团队公布了一项合成生物学成果:一种名为SpudCell的人造细胞系统,完全由非生命化学组分自下而上组装而成,能够完成摄食、生长、基因组复制和分裂的完整周期,并在实验室条件下延续五至十代。该研究尚未经过同行评议,但已公开手稿。与此同时,华盛顿大学医学院在《自然·通讯》发表了一项独立研究,利用CRISPR技术将人类钩虫改造为可分泌治疗性抗体的活体药物工厂,并在仓鼠模型中验证了概念。两项工作从不同路径推进了工程化生物系统的边界。
SpudCell由约150至200种分子构成,包含约9万个碱基对的基因组,分布在七个DNA质粒上。它通过膜表面蛋白聚集产生的机械应力实现分裂,绕过了天然细胞依赖细胞骨架的瓶颈。研究人员引入一种增加融合蛋白产量的基因修饰后,携带该变异的细胞生长更快、产生更多后代,展现出类似选择优势的群体行为。但该系统仍高度依赖外部供给:自身无法合成核糖体,必须从营养液中摄取大肠杆菌核糖体才能翻译蛋白质,且基因组尚未整合为单一稳定染色体,导致传代后功能逐渐衰退。
北美和欧洲的合成生物学界对此反应审慎。明尼苏达团队负责人Kate Adamala明确表示,SpudCell并非“生命”,因为生命并非二元状态。伦敦帝国理工学院生化技术副教授Yuval Elani评价其为“一个真正的里程碑”,认为从零构建细胞意味着摆脱自然进化的限制,可编程实现天然细胞难以完成的任务。J. Craig Venter研究所的John Glass则指出,该细胞比以往任何自下而上构建的系统都更接近“活着”。与此同时,华盛顿大学的钩虫研究由美国国防高级研究计划局(DARPA)资助,旨在开发针对河豚毒素等生物武器威胁的对策,其改造的钩虫在仓鼠体内分泌的抗体片段可中和约20%的毒素,但产量尚不足以提供有效保护。
两项研究均处于早期阶段,但共同指向一个趋势:合成生物学正从读取和编辑生命密码,迈向从头构建定制化生物系统。SpudCell团队已成立名为Biotic的公共利益机构,计划将这一底盘细胞开放给全球研究者,以推动标准化和模块化协作。钩虫研究团队则致力于提高蠕虫的药物产量和基因稳定性。对中国而言,合成生物学已被列为战略性新兴产业,上述进展可能加速国内在人工细胞、基因治疗和活体药物递送等领域的布局,同时也引发对生物安全和伦理治理框架的讨论。
下一阶段的关键节点包括:SpudCell手稿的同行评议结果,以及团队能否实现核糖体自给和基因组整合;钩虫研究则需在更大动物模型中验证长期安全性和有效剂量。这些里程碑将决定工程化生命系统从实验室原型走向实际应用的节奏。
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合成生物学迎来双重飞跃:实验室造出首个具有完整生命周期的全合成细胞。SpudCell由非生命化学成分构建,能进食、生长和分裂,有望开启定制生物体的新时代。
向人造生命迈出谨慎一步。SpudCell能模拟细胞周期,但科学家强调它并非真正生命体,这为合成生物学的应用前景增添了不确定性。