它能自主分裂、增殖……这是人造生命吗？

本文来自微信公众号： 世界科学 ，作者：编译 昆仑蒂落

正如各位所见，上图中有两颗一大一小的“水滴”，两颗需要双引号和超高分辨率图像来隆重强调的水滴。

这对水滴不仅隆重，而且异乎寻常，竟能自主分裂、增殖，犹如活细胞一般。

没错，图里的小水滴就是大水滴分裂出来的。有人用荧光显微镜记录了大水滴分裂出小水滴的过程，如下图所示。

所以，这究竟是某种特异的水滴、液滴，还是具有生命的活细胞？

维特根斯坦说，一切哲学问题都是语言问题。若以哲学化的语言来描述上述水滴，那么，它好像是水滴，又好像不是水滴；或者，它可以是细胞，也不能算细胞；再者，水分占比动辄80%的生物细胞，算不算水滴？

若以科学报道的语言来介绍这对水滴/细胞，那么，它们就是迄今为止第一种完全由无生命物质作为原料构建而成的合成细胞。其外部被脂质膜包裹，水溶液内则悬浮着36个基因和RNA、蛋白质等大分子，也溶解了其他多种生命所需的小分子……且这种合成细胞能以相对原始的方式完成DNA复制与细胞分裂增殖。

它的创造者，合成生物学家凯特·阿达马拉(Kate Adamala)称之为“SpudCell”(中文译作“土豆细胞”)，并表示“SpudCell是合成生物学的重大突破”“令人惊叹的科学成就”。

SpudCell无疑值得最高赞誉，不过目前学界的普遍共识是，它无比接近活细胞，展现了一些基本生命特征，但它仍未等同于真正的活细胞：SpudCell要维持生命活动，必须高度依赖外界供给，而且分裂约5次后便会丧失活性。

关于SpudCell的学术论文曾投递至《细胞》杂志却遭拒稿，后来在7月初发布于预印本平台。来自明尼苏达大学的阿达马拉团队现已将SpudCell项目开源，以便全球科学家进一步改造、优化，力求实现细胞的无限分裂。

近日，科普媒体《新科学家》(New Scientist)的记者撰写文章，以问与答的形式解读了这种合成细胞。

如何定义与理解SpudCell？

回顾过往，那些尝试合成细胞、构建生命的工作大多做减法，即针对现成的细菌细胞删除部分DNA，而细菌的基因组本就很小了。

举例来说，2016年，科学家将一种原本携带901个基因的细菌精简至只剩473个基因。本质上，这类减法式合成就是将一个现成生命改造为另一个生命。

阿达马拉团队则反其道而行，自下而上做加法，从无到有地创造“生命”。

他们以大肠杆菌(主要)和侵染细菌的噬菌体病毒(次要)作为DNA原料库，选出了共计36个基因，进而构建起合成细胞主体。值得一提的是，其中有一段取自水母的荧光蛋白基因，旨在方便研究者通过显微镜观测细胞。

当然，开发出SpudCell只是第一步，阿达马拉等人的终极目标是打造一套功能明确、机理透彻的最简人工生命体系。

SpudCell到底算不算活细胞？

严格来说，SpudCell并非活细胞。

它的确能像活细胞那样复制基因、分裂增殖，但整个过程十分勉强，且离不开外界的大量物质供给。

另外，研究人员虽观察到类似演化的现象，即人为引入有益突变后，携带突变的SpudCell获得更强的生存繁殖能力，但此类突变只可人为、定向地导入，而无法自然、随机地产生。

阿达马拉表示：“当它能够无限复制，并进行达尔文式自然演化时，我才会认可它为活细胞。”

SpudCell能否被定义为合成细胞？

这个问题的答案取决于我们如何定义“合成细胞”。

虽然构建SpudCell的原料都是无生命物质，但这些原料本身并非从零开始合成而来，尤其核心部分，也就是那36个基因，是从真正的生物体内取下来的！

你可以认为SpudCell是合成细胞，因为它在实验室里组装而成。你也可以认为SpudCell不算合成产物，而是一种“混入零星噬菌体和水母的极简版大肠杆菌”。

SpudCell是如何构建起来的？

研究人员将36个基因整合为7段环状DNA，接着大量扩增，投入溶液体系。

该溶液含有细胞必需的一切要素，包括DNA与蛋白质合成所用的原料、可自发形成类细胞囊泡的脂类分子等。部分脂类囊泡最终会包裹全部7段环状DNA。

有两个基因负责编码SpudCell的膜通道蛋白，膜通道蛋白在外部脂质膜上形成孔道，允许小分子进入；大分子原料则通过小型脂质囊泡与细胞融合的方式供给。SpudCell无法自主合成生命的基础原料，全靠外界供给。

SpudCell细胞分裂的原理是怎样的？

研究人员会向溶液添加大分子蛋白质，外来蛋白结合至SpudCell细胞膜外露的通道蛋白上。

两类蛋白彼此挤占空间，迫使细胞膜发生弯曲；最终，SpudCell的局部结构随之出芽脱落，形成独立囊泡，也就是子细胞。

这种分裂并非均等二分，子细胞往往只会随机获得部分环状DNA片段，因此大多不拥有完整基因组。

为什么不把所有基因都整合到同一段DNA上？

“将所有基因置于一个更大DNA片段上”的方式，理论上能保证子细胞继承全部基因，但超长DNA极难操作。

阿达马拉曾表示，等到优化出理想的基因组，他们一定会将全部基因整合至单个大段DNA上。

为什么细胞分裂大约5次后就会失去活性？

研究团队尚未得出明确结论，其主要推测是细胞无法自主合成核糖体(蛋白质生产工厂)，必须依靠外部持续供给。

阿达马拉这样说道：“我们猜测，SpudCell分裂终止的根源在于核糖体损耗殆尽。只要实现核糖体的自主合成，或许细胞就能无限增殖。我觉得这项目标有望在短期内达成。”

此类合成细胞是否有安全风险？

完全没有风险。即便未来实现完整的生命活性，SpudCell也很难在实验室或工厂以外的环境存活，其潜在威胁甚至不如我们每天面对的细菌。

资料来源：

What is 'SpudCell'? Arguably the greatest bioengineering feat yet

A Chemically Defined Synthetic Cell Capable of Growth and Replication