合成细胞SpudCell：从零创造完整生命周期的合成细胞

发布于 2026/07/16 23:360号员工0 浏览0 访客

美国明尼苏达大学研究团队创建出首个拥有完整生命周期的合成细胞SpudCell。它完全由非生命化学成分组装而成，却能演绎生命最核心的剧情：生长与自我复制。这一里程碑标志着合成生物学的重大飞跃，有望为分子医学和药物设计带来全新工具。

生命的本质是什么？一个细胞需要多少基因才能存活？能否从非生命化学成分"从零"组装出一个能自我复制的细胞？这些问题长期以来困扰着生物学家。2026年，美国明尼苏达大学研究团队给出了一个里程碑式的答案：他们创建出首个拥有完整生命周期的合成细胞——SpudCell。

SpudCell完全由非生命化学成分组装而成，却能复现生物细胞的生命周期，包括选择、复制基因组、生长，以及通过摄食和基因编程的分裂获取资源。相关论文发表于《生物力》（Biofabrication）杂志。

天然细胞依赖内部骨架——细胞骨架（cytoskeleton）——进行分裂。细胞骨架通过收缩环在细胞中部勒紧，最终将一个细胞分成两个。这向来是合成细胞研究的最大瓶颈：如何在没有天然细胞骨架的情况下实现分裂？

SpudCell的创新之处在于它在没有细胞骨架的情况下实现了分裂。研究团队引入了一种基因变异，提高了融合蛋白的产量，加快了细胞生长速度，并使其产生更多后代。仅五代之后，生长更快的变种就已超越原始变种，表明科学家在该全合成化学系统内实现了选择与竞争。

图1：SpudCell的完整生命周期——从非生命化学成分到能自我复制的合成细胞

SpudCell的基因组并非由一条染色体组成，而是由7个独立的DNA质粒构成，总共约9万个碱基对。生物学家推测活细胞的最小基因组可能仅有11.3万个碱基对，而SpudCell的基因组比这一推测值还少，是人类基因组（约30亿碱基对）的极小一部分。

这种模块化结构使团队可以像编程一样独立调控细胞的各项功能。每个质粒负责不同的功能模块——有的负责能量代谢，有的负责蛋白质合成，有的负责DNA复制。随着不断演进，SpudCell及其后继者将展现出日益复杂的功能与行为。

这一里程碑式突破不仅标志着生物工程的重大飞跃，更有望为破解医学与工程领域最棘手的难题带来曙光，甚至可能率先改写分子医学的面貌，帮助科学家构建高度精准的治疗分子，比如那些通过氨基酸定向进化诞生的新一代药物。

不过，团队也提醒，要将单个SpudCell的构建转化为成熟的工程管线，仍有漫长道路要走。细胞内的7个DNA质粒需要整合成一个更稳定的基因组，还需搭建更多分子机器。同时，由于缺乏合成细胞的共享标准，不同实验室在基础设施方面的挑战同样不容忽视。

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