最逼真人造细胞问世

资料来源:HENRIKE NIEDERHOLTMEYER

没有一个生物学家会把化学生物学家尼尔·德瓦拉吉和他在圣地亚哥加州大学的同事开发的微小“细胞”当成真的。与包裹人体细胞的脂质膜不同，这些仿生细胞包裹在一层塑料(聚合丙烯酸酯)中。尽管它们有一个类似细胞核的含有DNA的小室，但它们缺少一个像真核一样的膜，而且它的主要成分是在粘土中发现的矿物质。

然而，没有参与这项研究的明尼苏达大学合成生物学家凯特·阿达马拉(Kate Adamala)表示，这些人工细胞已经处于前沿，这是“最接近于构建真正功能性合成真核细胞的人”

像真正的细胞一样，这些小球可以向它们的邻居发送蛋白质信号，从而引发群体行为。德瓦拉杰的团队在最近发布在bioRxiv网站上的一篇预印论文中披露，“细胞核”可以与细胞的其他部分交流，释放出能够刺激蛋白质合成的核糖核酸。这个人工细胞核甚至可以对来自其他模拟细胞的信号做出反应。"这可能是今年合成生物学中最重要的论文之一."阿达马拉说。

合成生物学家长久以来一直梦想着人造细胞。与更简单的合成结构(如已经在体内运输某些药物的脂质体)相比，人工细胞可能对环境更敏感，并能完成更多种类的工作。将来，人工细胞可以更精确地将药物输送到目标，跟踪癌细胞，检测有毒化学物质，或者提高诊断测试的准确性。交互式合成细胞阵列可以形成能够感知和适应环境的人工组织和智能材料。

此外，在科学家努力设计细胞复制品的同时，他们也可能了解更多关于生命如何起源和克服一些相同的工程挑战的知识。

然而，仅仅完成细胞的某些功能是不够的，比如制造蛋白质和复制DNA。德瓦拉杰说:“如果我们想开发合成材料，我们需要各个部门的合作。”研究人员设计了合成细胞，它们可以通过交换相对小的分子(如糖和过氧化氢)来相互交流。然而，德瓦拉杰指出，人体内的许多分子信号，包括激活免疫细胞的胰岛素和细胞因子，都是蛋白质，通常要大得多。

德瓦拉杰和他的同事远离自然，以创造一种更像细胞的细胞模拟。加州大学圣地亚哥分校的合成生物学家亨里克·尼德霍尔特梅尔参与了这项研究，他说最新的人工细胞“看起来有点像天然细胞，但它们完全是由人工材料制成的。”研究人员使用带有微流体通道的硅芯片来挤压微小的液滴，这些液滴含有诸如DNA、粘土矿物和单个丙烯酸酯分子等原材料。研究人员还使用紫外线和化学处理来促进每个液滴周围多孔膜的形成。与此同时，德瓦拉杰说，水滴中的矿物质和脱氧核糖核酸凝聚成一种凝胶，具有柔软的隐形眼镜质地，产生了一种细胞核。

结果是一个具有新通信能力的细胞复制品。在一些实验中，德瓦拉杰的团队将编码绿色荧光蛋白的DNA植入细胞核。他们还安装了捕捉绿色荧光蛋白分子的陷阱。研究人员向人造细胞周围的液体中添加酶和其他合成蛋白质所必需的物质，如核糖体，并打开它们。这种分子机制穿透多孔膜，读取细胞核中的遗传信息，并触发绿色荧光蛋白的合成。

结果表明，像真正的细胞一样，这些细胞模拟物可以与附近的细胞交流，并刺激它们产生蛋白质。

这些人工细胞还表现出另一种类似生命的属性——群体感应，也就是说，当有足够多的细胞时，它们的行为会发生变化。研究人员在测试含有不同密度细胞模拟物的溶液时发现了这种能力。

这些细胞模拟物非常坚固，冷冻两年后仍然完好无损。它们的耐用性可能使它们成为良好的环境传感器——这是研究人员正在探索的几种结构应用之一。德瓦拉吉和他的同事也希望这些或其他合成细胞有能力生长和分裂。

伦敦帝国理工学院的生物工程师Yuval Elani对人工细胞印象深刻。"使用这些非生物成分的想法非常强大."然而，他指出，如果这些人造成分被证明与其他研究人员开发的组成人造细胞的“天然”成分不相容，它也可能成为一种缺陷。(艺鹭)

中国科学新闻(2018-128第三版国际版)