人造细胞新突破，可正常生长和分裂

编译/文龙

五年前，科学家创造了一种仅有473个基因的单细胞人造生物，这是迄今为止已知最简单的人造活细胞。但是，这种类似细菌的单细胞生物在生长和分裂时表现异常，产生的细胞形状和大小完全不同。

如今，科学家们已经鉴别出七个可以使细胞整齐地分裂成均匀球体的基因，并将它们添加到新的人造细胞中。这项研究由J. Craig Venter研究所（JCVI）、美国国家标准技术研究院（NIST）和麻省理工学院（MIT）合作完成，在《细胞》（Cell）杂志上进行了报告。

鉴别这些基因是合成功能细胞工程的重要一步。人造细胞可以发现疾病并充当生产治疗疾病的药物的小型工厂，也可以充当微型计算机。但要设计和构建一个完全符合想要的功能的细胞，需要列出重要的基因并了解它们如何组合在一起。

「我们想了解生活的基本设计规则，」 NIST细胞工程组研究与负责人伊丽莎白·斯特里查尔斯基（Elizabeth Strychalski）说。「如果这个细胞可以帮助我们发现和理解这些规则，那么就可以启程远航了。」

JCVI的科学家在2010年构建了第一个具有合成基因组的细胞。他们并没有完全从头开始构建该细胞，相反，他们从非常简单的支原体细胞开始研究。研究人员用计算机设计、实验室合成的DNA代替了原先细胞中的DNA，成为地球生命史上第一个具有完全合成基因组的生物，称其为JCVI-syn1.0。

到目前为止，研究人员已经向该细胞添加了包括正常细胞分裂所需的7个基因在内的19个基因，创造了新的变体JCVI-syn3A。该变体具有少于500个基因，而大肠杆菌大约有4,000个基因，一个人体细胞则大约有30,000个基因。

共同一作、JCVI科学家Lijie Sun通过系统地添加和删除基因，构建了数十种变异株，并通过显微镜观察这些遗传变化如何影响细胞的生长和分裂。

使用显微镜观察死细胞相对容易，但对活细胞进行成像要困难得多。由于体积非常小巧，将人造细胞固定在显微镜下异常困难，并且微小的力量就会使其破坏。

为了解决这个问题，Strychalski和MIT团队共同设计了一种微流控化学恒温器（小型水族馆），可以在光学显微镜下保持细胞的活性。结果显示了新的JCVI-Syn3A细胞可以分裂为形状和大小更均匀的细胞。

如果删除一个基因会破坏正常的细胞过程，就把它放回去再尝试另一个。重复这一操作，研究人员能够观察到他们操纵的基因是如何影响细胞的生长和分裂的。

「我们的目标是了解每个基因的功能，以便我们能够开发出一个完整的细胞运作模型。」但这个目标尚未实现，在添加到该生物体中以进行正常细胞分裂的七个基因中，科学家们目前只知道其中两个在细胞分裂中起到的作用。

「生活仍然是一个黑匣子，」Strychalski说。但是，通过这种简化的人造细胞，科学家们可以很好地了解内部发生的事情。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.03.008

原文地址：https://www.nist.gov/news-events/news/2021/03/scientists-create-simple-synthetic-cell-grows-and-pides-normally