“自下而上”构建生命：SpudCell 实现完整细胞周期
在显微镜下，一团由脂质、DNA 和蛋白质组成的微小液滴逐渐长大，复制遗传物质后从中间收缩，最终分裂为两个子细胞。这不是天然细胞，而是明尼苏达大学合成生物学家 Kate Adamala 团队利用已知化学成分完全重构的类细胞系统——"SpudCell"（土豆细胞）。该系统首次展示了完整的细胞周期，标志着合成生物学领域的重要突破。
关于命名，Adamala 曾笑称：“叫什么都行，只要不是我的名字，哪怕叫土豆（Spud）也可以。”尽管名称随意，但其背后的科学命题极为宏大：人类能否不依赖现存活细胞，仅凭化学组分重新组装出具备生长与繁殖能力的系统？目前的答案是：可以，但距离真正的生命仍有差距。
技术突破：从分子组装到细胞分裂
SpudCell 包含 36 种纯化酶、分布在 9 个独立 DNA 分子上的 9 万碱基对基因组，以及一层脂质膜。不同于以往通过精简天然细胞基因组的“自上而下”路线（如 JCVI-syn3.0），SpudCell 采用“自下而上”策略，将成分和浓度已知的纯化分子逐一装入脂质体。
该系统使用 PURE 系统进行蛋白质表达。PURE 是一种包含 36 种大肠杆菌纯化酶（含核糖体）的明确混合物，使得研究人员能够精确追踪细胞内的化学反应。由于基因组较小，SpudCell 缺乏完整的代谢网络，无法自主合成脂质、蛋白质或能量，也不能制造核糖体。
独创“投喂”机制解决营养供给
为解决代谢缺陷，研究团队设计了独特的“投喂”机制。他们将糖、脂质、酶等封装在微型脂质体中形成“补给包”。SpudCell 依据自身 DNA 合成膜蛋白α-溶血素，经化学修饰后与补给包表面分子结合，促使膜融合。补给物进入细胞后，新增脂质扩充了细胞膜，实现了进食与生长。
绕过细胞骨架实现自主分裂
细胞分裂曾是合成细胞研究的瓶颈，天然细胞通常依赖复杂的细胞骨架完成染色体分配与膜重塑。Adamala 团队另辟蹊径，借鉴膜物理研究成果，让 SpudCell 制造一种能聚集在膜表面的蛋白质。随着蛋白质不断拥挤，局部膜发生弯曲并积累机械应力，最终驱动细胞膜分裂。
慕尼黑工业大学系统化学家 Job Boekhoven 评价道，这项研究不仅漂亮地展示了分裂机制，更关键的是让进食、DNA 复制和膜分裂等需要不同化学条件的模块，在同一脂质体内连续运转。
图 | Kate Adamala 与她的 Biotic 联合创始人 Drew Endy（来源：胡佛研究所）
进化潜力与现实局限
SpudCell 是否具备进化能力？实验中，研究人员引入基因突变使其产生更多融合蛋白，从而加快生长与分裂速度。五代之后，突变株在竞争中胜过原始株，且在营养匮乏环境下优势更明显。这证明选择和竞争机制在完全合成的化学系统中同样发挥作用。
然而，SpudCell 与真实生命相比仍有显著差距。在 30℃条件下，其代时约为 12 小时，远慢于大肠杆菌；它必须定期接收外部补给，无法自主调控代谢或清除废物；由于缺乏精确的基因组分配机制，分裂时常出现 DNA 分配错误。目前，该体系通常只能维持 5 至 10 代。
诺贝尔奖得主 Jack Szostak 称其为“令人印象深刻的一步”，J. Craig Venter 研究所研究员 John Glass 则认为这是合成细胞领域的分水岭事件。但亚利桑那州立大学教授 Michael Lynch 提醒，切勿过分夸大，因为该系统尚无法自我维持。
图 | 荧光显微镜显示合成细胞正在经历细胞分裂：伸长、收缩，并分离成两个子细胞
学术争议与非营利开源计划
SpudCell 的发布方式在学术界引发讨论。据 Adamala 透露，这篇长约 190 页的论文曾被《Cell》拒稿，有审稿人质疑其生物学属性。随后，团队在上传预印本前，以禁发形式向多家媒体提供了手稿。海德堡大学学者 Kerstin Göpfrich 指出这是一种不寻常的做法，Boekhoven 也强调核心主张仍需经过同行评议。
与此同时，Adamala 联合多位研究者成立了非营利组织"Biotic"，旨在向全球开放合成生物学工具。该组织已获约 1000 万美元种子资金，计划于 9 月发放大部分作为研究资助。团队承诺公开数据与方法，助力全球科学家构建和改进细胞模型，期望未来几十年内应用于制造无需化石燃料的塑料、化肥及药物。
参考链接：
- https://www.quantamagazine.org/for-the-first-time-a-cell-built-from-scratch-grows-and-divides-20260701/
- https://biotic.org/research/spudcell/spudcell-manuscript.pdf
- https://biotic.org/research/spudcell/
- https://kesq.com/cnn-other/2026/07/01/scientists-say-they-have-built-a-cell-from-scratch-for-the-first-time/
免责声明：本文旨在传递生命科学和医疗健康产业最新讯息，不代表平台立场，不构成任何投资意见和建议，以官方/公司公告为准。本文也不是治疗方案推荐，如需获得治疗方案指导，请前往正规医院就诊。
运营/排版：何晨龙
注：封面/首图由 AI 辅助生成