世界首个拥有完整细胞周期的人造细胞，明尼苏达大学创造的无机化学成分的自组织成果

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生物学上，什么算是人类最狂妄、最宏大的终极梦想？

2026 年 7 月 1 日，明尼苏达大学的一个团队宣布开发了世界上第一个具有完整生命周期的合成细胞，完全由非生命化学成分构成，并在论文「A Chemically Defined Synthetic Cell Capable of Growth and Replication」中进行了描述。

论文链接：https://www.biotic.org/research/spudcell/

SpudCell

2010年，生物学泰斗克雷格·文特尔（Craig Venter）创造了世界上第一个「人造生命」——「辛西亚」（Synthia）。但当时文特尔的做法是「自上而下」的：他人工合成了支原体的基因组，然后将其植入了一个已经剥离了自身 DNA 的天然活细胞空壳里。

而 SpudCell 的研究团队则完成了彻底的转向。

该系统包含 36 种纯化酶、分布在九个独立 DNA 分子上的 9 万碱基对基因组，以及一层脂质膜。SpudCell 能够生长、复制其基因组、分裂，并在多代间经历选择和竞争。

与早期对极小细胞的剥离活细胞研究不同，SpudCell 完全由单独纯化的非生命成分自下而上构建。这是首次展示完整细胞周期的系统。

图示：合成细胞的细胞周期，正在进行选择和复制。

技术实现

一个由非生命化学成分拼装起来的囊泡，凭什么能拥有连很多病毒都不具备的「完整生命周期」？团队在 SpudCell 的多层次自组织架构中，精妙地解决了三个核心难题：

它是如何「进食与生长」（代谢闭环）的？

SpudCell 内部封装了一套高度精炼的外源能量转化与 ATP 级联再生系统。它可以通过人工脂质膜上的工程通道蛋白，主动从外界环境里「吞噬」基础的核苷酸、氨基酸以及葡萄糖等初级原料，并在内部源源不断地进行基因主导的能量转换。这种自我维持的非平衡态物理系统，就是生命「代谢」的本质。

生命必须在空间上具备边界。SpudCell 的外壳是由人工磷脂双分子层构成的微型囊泡。为了让它能长大，团队在其内部引入了一条极简的脂质原位合成通路。随着内部「进食」产生的原材料增多，驱动通路源源不断地合成全新的脂质分子，并极其精准地插入到原有的外层膜中，实现了细胞体积由小变大、且膜结构不发生破裂的「自主生长」。

图示：合成细胞的遗传编码喂养和生长。

它是如何「繁殖」（拓扑学分裂）的？

这是 SpudCell 最核心的突破。细胞要分裂，必须解决复杂的膜弯曲和力学控制。

研究团队在 SpudCell 的内部代码中，引入了能够编码机械剪切蛋白（类似于天然细菌中的 FtsZ 蛋白环结构）的基因片段。当细胞生长到临界体积、内部压力达到阈值时，这些人工蛋白会在细胞腰部自组装形成一个环，通过消耗内部产生的 ATP 能量，开始生硬地向内勒紧，最终将一个 SpudCell 分裂成两个同样具备代谢活性的子细胞。

图示：荧光显微镜下，SpudCell 正在分裂。

它是如何「进化」（选择与竞争）的？

研究人员引入了一种基因变化，这种变化会相应融合蛋白，当后者产生时，细胞生长更快，后代也更多。经过五代，生长更快的变异已战胜了原始变异。在营养物质匮乏下，优势进一步扩大。这表明选择与竞争在完全合成的化学体系中运作。

图示：多代际资源竞争。

完整生命周期合成细胞的潜力

明尼苏达大学官方指出，SpudCell 的诞生将彻底改变整个生物工程的未来。

SpudCell 作为一个全人造的、有代谢活性的活体细胞，它可以伪装成你体内的任何细胞，在体内自主生长、寻找病灶，并在释放药物后通过设定的生命周期安全地自我消亡。

制造药物时，SpudCell 的整个基因组和机械结构完全由人类一手设计，它不含任何天然细菌的冗余基因，变异率在工程控制之内。它可以用来高效、高纯度地提炼前沿靶向药、绿色燃料、甚至是太空中稀缺的生物材料。

眼下，SpudCell 仍需面对核糖体构建、基因组分布、外部喂食依赖等问题。据纽约时报报道，研究者计划于九月在费城举行首次会议，公开并制定相关的保护计划。