合成生物学领域取得了一项令人惊叹的突破。总体来看，今年是科学进步成果丰硕的一年。https://nytimes.com/interactive/2026/07/01/science/spudcells-synthetic-cell.html…

这种细胞会进食、生长和繁殖，而且它是人造的

来源：https://www.nytimes.com/interactive/2026/07/01/science/spudcells-synthetic-cell.html 显微镜载玻片上的 SpudCell

科学家们长久以来一直梦想着发现将化学物质转化为生命的炼金术。周三，明尼苏达大学的一个研究团队宣布，他们朝着这一愿景迈出了重要一步。

通过混合数十种成分，研究人员合成出了能够进食、生长、繁殖并相互争夺食物的简单细胞。如果说这些细胞尚未完全具备生命特征，它们也拥有了生命的大部分标志。

“生命并非二元对立，”领导这项研究的合成生物学家凯特·阿达马拉说，“这也是为什么我不愿将其称为‘活的’。尽管我们很希望如此，但两者之间并没有明确的界限。”

位于加利福尼亚州拉霍亚的 J. Craig Venter 研究所的合成生物学家约翰·格拉斯（未参与该研究）表示，此前科学家们从未掌握过能够执行如此多功能的细胞配方。

“她能把这些东西整合在一起，令人叹为观止，”他说。

斯坦福大学的合成生物学家德鲁·恩迪说：“这是一个被建造出来的细胞，而非自然诞生。它是构建而成的，但它能做出细胞该做的事。”

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阿达马拉博士将她的成果命名为 SpudCell，因其形似土豆。她并未申请专利，而是与恩迪博士一起组织了一个科学家社区，专注于让 SpudCell 变得更接近完全的生命，并将其应用于新型实验。

他们与同事共同创立了一个非营利研究组织 (https://www.biotic.org/mission.html)，恩迪博士估计，未来十年该组织将为此投入数亿美元。预计将有数百名科学家加入。

“我们将铭记这一刻，”未参与该项目的密苏里大学计算生物学家罗珊娜·齐亚说。

阿达马拉博士和她的同事在网上发布了一份 190 页的研究报告 (http://biotic.org/research/spudcell/)。该研究正在接受科学期刊的同行评审，以待发表。

科学家们希望合成细胞能够揭示自然细胞无法告诉他们的生命奥秘，包括诸如“一个最小生命形式需要多少基因”这样的基本问题。

但合成细胞未来或许还能被设计成完成自然细胞无法做到的事情，例如制造新型药物或从大气中大量吸收二氧化碳。理论上，经过改造的 SpudCell 可能产生自然细胞无法诱导制造的各种蛋白质，甚至包括火箭燃料等有毒化学物质。

如今，“我们可以开始思考我们刚刚有所理解的化学反应了，”格拉斯博士说。

我们所知的生命面临的问题：神秘、混乱的复杂性。我们自身的 DNA 包含数万个基因，以及数百万个控制这些基因开启或关闭的分子开关。科学家们对于其中许多 DNA 片段的功能几乎毫无头绪 (https://functionome.geneontology.org/)(https://www.nature.com/articles/s41586-025-08592-0)。通常，他们认为已了解的基因，却可能承担着与预期不同的功能。

规避这种复杂性的一个方法是简化。

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20 世纪 90 年代，由已故生物学家克雷格·文特尔 (https://www.nytimes.com/2026/04/30/science/j-craig-venter-dead.html) 领导的一个团队开始研究一种基因少于 1000 个的微生物。该团队（现由格拉斯博士领导）随后将这种微生物的基因组精简至 525 个必需基因。

在 2016 年的一篇论文中，该团队报告称，他们不知道其中三分之一的基因在做什么 (https://www.science.org/doi/10.1126/science.aad6253)。格拉斯博士和他的同事在过去十年中一直试图解开这个谜团，但他们仍然无法说出其中 56 个基因的功能。

“每个细胞都必须完成的某些重要任务，我们仍然一无所知，”格拉斯博士说。

其他研究人员则从相反的方向入手。他们不是自上而下地工作，而是自下而上，试图将无生命的分子组合起来制造出活细胞。

自 20 世纪 90 年代以来，几个实验室已经攻克了这个问题的一些小部分。其中一些实验室完善了用油脂分子制造空心囊泡的配方。另一些实验室则找到了将简单的遗传分子封装在这些囊泡内部的方法。

但科学家们一直难以将这些部件整合成更复杂的系统，更不用说制造出可以被称为细胞的东西了。

近年来，阿达马拉博士着手解决一个基本挑战：细胞分裂。自然细胞的分裂依赖于某些蛋白质，它们锁定在一起形成一个固定在细胞内膜上的环。这个环会收紧，将细胞一分为二。

其他蛋白质则像绞盘一样，将 DNA 和其他分子移动到正在形成的子细胞中，使它们拥有维持生命所需的成分。

起初，阿达马拉博士尝试构建一个更简单的自然系统版本。但后来她决定完全不去模仿真实的细胞。

生物物理学家发现，如果将蛋白质附着在细胞膜上，会产生压力使膜弯曲。阿达马拉博士和她的团队制造了能够捕捉周围漂浮蛋白质的囊泡。当一个囊泡收集了足够的蛋白质时，其表面开始向内弯曲，直到分裂成两个。

虽然这个想法很简单，但要使其在实验室中实现，需要一年的实验。“但一旦成功，它就成功了，”阿达马拉博士说。

这一成功促使团队尝试从头构建一个完整的合成细胞。

第一步是制备含有细胞运作所需分子的培养液。最终配方包括大约一百种蛋白质和简单分子，这些是关键的化学反应（例如从基因制造新蛋白质）所必需的。

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研究人员还为其合成细胞提供了从病毒和无处不在的大肠杆菌中借用的基因。他们选择了 36 个基因来执行诸如复制 DNA 等基本工作。

将这些成分混合成“汤”后，科学家们加入了细胞膜的构建模块。它们自发地结合在一起形成囊泡，每个囊泡都包裹住一部分“汤”。

许多这样的囊泡最终包裹了正确组合的基因、蛋白质和其他分子，并开始执行真实细胞中看到的化学反应。

当这些新细胞在烧瓶中漂浮时，阿达马拉博士和她的同事加入了食物。细胞通过其表面的通道吸入小分子。

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科学家们还放入了装载有蛋白质和其他分子的小囊泡，这些分子太大而无法通过通道。通过碰撞并融合到这样一个囊泡中，细胞可以享用其中的“美食”。

随着细胞进食，它们生长。仅仅几个小时后，它们就长得足够大，可以分裂了。

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科学家们在烧瓶中加入了一种特殊蛋白质，这种蛋白质附着在细胞表面，迫使它们向内弯曲。一旦细胞分裂成两个，这对新细胞就会继续生长。

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现在，SpudCell 能够生长、进食和繁殖。事实证明，这些细胞甚至具有基本的进化能力。

阿达马拉博士和她的同事创造了一个突变版本，它能更紧密地结合周围漂浮的装满“零食”的囊泡。为了进行测试，他们制造了原始版和突变版 SpudCell 各占一半的混合物。

这些细胞经过五代的食物竞争。最终，突变体数量超过了原始细胞，表明它们在食物竞争中胜出。

“这是具有颠覆性意义的成就，”齐亚博士说。科学家将能够使各种合成细胞相互竞争，并快速开发出更复杂的细胞。

尽管有这些生命迹象，SpudCell 仍然存在一些重大缺陷。首先，它无法制造生产新蛋白质的分子工厂——核糖体。这些细胞可以携带构建核糖体所需的所有基因，但由于某种原因，这些部件无法组装在一起。

目前，阿达马拉博士和她的同事不得不向 SpudCell 提供现成的核糖体。不过，这种解决方案是有期限的：SpudCell 可以在 5 到 10 代内持续制造蛋白质，之后由于核糖体失效，它们将无法继续工作。

“我不想说它会死亡，但它的功能会停止，”阿达马拉博士说。

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去年，当阿达马拉博士向恩迪博士展示 SpudCell 时，他惊叹不已，决定帮助她创立非营利组织 Biotic，旨在创建一个 SpudCell 研究人员社区。

“我正在把我毕生的心血都投入到这件事中，”恩迪博士说。Biotic 的首要任务之一是让其他科学家更容易地制造 SpudCell。

阿达马拉博士在自己的实验室里大约一天就能制造出一批新鲜的 SpudCell。但这仅仅是因为她拥有装满纯化蛋白的冷冻柜，并且对配方中的每一步都了如指掌。Biotic 预计将向科学家提供更简单的配方，并提供所需的成分。

恩迪博士希望，这些开源工具将鼓励科学家合作构建具有更多生命定义特征的新型 SpudCell，例如能够自行制造核糖体并无限分裂。

“这是完全可行的，”格拉斯博士说。

Biotic 的研究人员已经在计划他们的第一次会议，将于九月在费城举行。会议的首要任务之一将是制定保障该研究领域安全的正式计划。

目前，这种合成细胞只能在特殊的实验室饮食下存活几代。但未来的版本可能更强大，这增加了有人可能在某一天不道德地使用 SpudCell 的可能性，甚至可能用来制造武器。

恩迪博士认为，一个开源的研究社区将能够更好地预防这种情况的发生。“我们现在就可以进行这些讨论，而不是等别人先做了，然后我们只能被动应对，”他说。

恩迪博士将 SpudCell 比作生物版的“莱特飞行器”——莱特兄弟在 1903 年用于实现首次持续控制飞行的简陋飞机，它开启了飞机时代。

“莱特飞行器飞行了 12 秒，并不能让你得到一架 737 客机，”恩迪博士说。“这仅仅是开始。”