沒(méi)有生物學(xué)家會(huì )把化學(xué)生物學(xué)家Neal Devaraj及其同事在美國加州大學(xué)圣迭戈分校研制的微小“細胞”誤認為是真的。與包裹人體細胞的脂質(zhì)膜不同，這些仿生細胞被一層塑料（聚合丙烯酸酯）包裹著(zhù)。盡管它們擁有一個(gè)含有DNA的類(lèi)核室，但缺乏一種像真正的細胞核那樣的膜，而且它的主要成分是黏土中發(fā)現的礦物質(zhì)。
然而，未參與該研究的明尼蘇達大學(xué)合成生物學(xué)家Kate Adamala說(shuō)，這些人工細胞已經(jīng)是最前沿的了，這是“人們最接近于構建一個(gè)真正具有功能的合成真核細胞”。
就像真正的細胞一樣，這些小球可以向它們的鄰居發(fā)送蛋白質(zhì)信號，從而引發(fā)群體行為。Devaraj團隊最近在bioRxiv網(wǎng)站上發(fā)表的一篇預印本論文中透露，“細胞核”能與細胞的其他部分進(jìn)行對話(huà)，釋放能激發(fā)蛋白質(zhì)合成的RNA。這個(gè)人工細胞核甚至可以對來(lái)自其他模擬細胞的信號作出反應。“這可能是合成生物學(xué)本年度最重要的論文之一。”Adamala說(shuō)。
一直以來(lái)，合成生物學(xué)家對人造細胞有很大的夢(mèng)想。與更簡(jiǎn)單的合成結構相比，例如已經(jīng)在體內運輸某些藥物的脂質(zhì)體，人造細胞可能對環(huán)境更敏感，并能執行更多種類(lèi)的工作。未來(lái)，人造細胞可以更精確地將藥物輸送到目標、追蹤癌細胞、檢測有毒化學(xué)物質(zhì)，或者提高診斷測試的準確性。而相互作用的合成細胞陣列可以形成能感知和適應環(huán)境的人工組織和智能材料。
此外，科學(xué)家在努力設計細胞復制品的同時(shí)，可能也會(huì )更多地了解生命是如何起源并克服一些同樣的工程挑戰。
但單獨完成細胞的某些功能——如制造蛋白質(zhì)和復制DNA——是不夠的。Devaraj說(shuō)：“如果要開(kāi)發(fā)合成材料，我們需要各個(gè)單元的合作。”研究人員已經(jīng)設計出可以通過(guò)交換糖和過(guò)氧化氫等相對較小的分子進(jìn)行相互交流的合成細胞。然而，Devaraj指出，人體中的許多分子信號，包括胰島素和激活免疫細胞的細胞因子，都是蛋白質(zhì)，而且通常要大得多。
為了制造一種更像細胞的細胞模擬物，Devaraj和同事遠離大自然。該研究合作者、加州大學(xué)圣迭戈分校合成生物學(xué)家Henrike Niederholtmeyer說(shuō)，最新的人造細胞“看起來(lái)有點(diǎn)像自然細胞，但它們完全是由人工材料制成的”。研究人員使用了一種帶有微觀(guān)流體通道的硅片擠壓含有DNA、黏土礦物和單個(gè)丙烯酸酯分子等原材料的微小液滴。研究人員還利用紫外線(xiàn)和化學(xué)處理促使每個(gè)液滴周?chē)纬啥嗫啄?。與此同時(shí)，Devaraj表示，液滴內的礦物質(zhì)和DNA凝結成一種具有軟性隱形眼鏡質(zhì)感的凝膠，制出了細胞核的一個(gè)版本。
結果是制出一個(gè)具有新通信能力的細胞復制品。在一些實(shí)驗中，Devaraj團隊在細胞核中植入了編碼綠色熒光蛋白的DNA。他們還安裝了一個(gè)陷阱捕捉綠色熒光蛋白分子。研究人員在人造細胞周?chē)囊后w中加入酶和其他合成蛋白質(zhì)的必要物質(zhì)，如核糖體，并將它們打開(kāi)。這種分子機制穿過(guò)多孔膜，讀取細胞核中的遺傳信息，并引發(fā)綠色熒光蛋白的合成。
研究結果顯示，與真正的細胞一樣，這些細胞模擬物可以與附近細胞進(jìn)行交流，并刺激它們產(chǎn)生蛋白質(zhì)。
這些人造細胞還顯示出另一種類(lèi)似生命的屬性——群體感應，即當細胞數量足夠多時(shí)，它們的行為就會(huì )發(fā)生變化。研究人員在測試含有不同密度細胞模擬物的溶液時(shí)發(fā)現了這種能力。
這些細胞模擬物很堅固，在冷凍兩年后仍然完好無(wú)損。它們的耐用性可能使它們成為良好的環(huán)境傳感器——這是研究人員正在探索的幾種結構應用之一。Devaraj和同事還希望這些或其他合成細胞具有生長(cháng)和分裂的能力。
英國倫敦帝國理工學(xué)院生物工程師Yuval Elani對這種人造細胞印象深刻。“使用這些非生物成分的想法非常強大。”但他指出，如果這些人造成分被證明與其他研究人員正在開(kāi)發(fā)的構成人造細胞的“天然”成分不兼容，那么它也可能成為一個(gè)缺陷。
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