科学家称，他们首次从零开始构建出一种能够像自然细胞一样摄食、生长和复制的细胞。这一合成生物学领域的突破可能开启一个"定制生物体"的时代，这些生物体可以像活体机器一样运作。
明尼苏达大学的合成生物学家、教授Kate Adamala及其团队从非生命化学成分一点一点地构建了这种细胞。虽然这个创造物是一个有限且脆弱的原型，但它可以帮助科学家更好地理解生命的起源，并有可能被编程用于帮助缓解世界一些最大的生物问题。该细胞没有特定种类归属——既不是植物也不是动物——但最接近于简单的细菌。
"我清楚知道细胞的完整成分清单，确切了解每种化学物质、分子及其浓度，"她说。"它是完全明确的，这意味着我们可以对其进行工程化改造。"
几十年来，科学家一直在利用生物工程改造自然细胞以解决人类问题。一个著名的例子是将人类胰岛素基因插入大肠杆菌细胞以制造胰岛素，用于治疗糖尿病。科学家们认为，合成细胞是下一个前沿领域；它们可能有助于开发新的癌症治疗方法，以及捕捉碳或制造化学物质的新方法。
细胞是生命的基本构建模块，但它们远非简单。人体拥有37万亿个细胞，比天空中的星星还多，科学家们仍然不知道每种不同类型的细胞如何工作或它们确切包含什么。
Adamala及其同事构建的合成细胞并不是"在实验室中创造的生命"，而是伦敦帝国理工学院生物化学技术副教授Yuval Elani所说的"朝着那个问题迈出的真实里程碑"。Elani没有参与这项工作。
"从零开始构建一个细胞意味着你不再受自然生物学的限制和进化遗留的约束。它打开了设计系统并对其进行编程以实现活细胞可能不易做到或根本做不到的事情的可能性，"Elani说。
"在我看来，这是长期以来努力的一个真正进展，即探究化学是否可以被组织得如此令人信服，以至于我们开始称其为生命。"
合成生物学领域与干细胞研究是分开的，后者涉及科学家重新编程和操纵来自生物资源的现有细胞。
Adamala将她的创造命名为"SpudCell"，部分是开玩笑，因为她不想用自己的名字命名。这也是对1950年代开启太空时代的俄罗斯卫星Sputnik的一种呼应。
"我们希望我们真的开始了真正的生物经济时代，提供使人们能够工程化改造生物学的使能技术，"她说。
本周三，Adamala及其同事公开了详细介绍SpudCell工作原理的科学论文，尽管该研究尚未在同行评审的科学期刊上发表。Adamala表示，本周将提交发表。除了另外两名科学家Drew Endy和Jan Jedryszek以及生物技术企业家Chris Raggio外，Adamala还创立了一个名为Biotic的公共利益机构，希望通过对其他研究人员开放SpudCell来推进合成细胞的能力。
据Adamala介绍，由150至200个分子组成的SpudCell可以摄食、生长并复制约五代。它远不如含有数百万甚至数十亿分子的生物细胞复杂。
Adamala将SpudCell描述为"一个极其孱弱的生物体，目前基本上除了进食和偶尔产生一个子细胞外什么也不做。"每一代都需要喂养，在30摄氏度(86华氏度)的温度下，大约需要12小时才能复制。相比之下，大肠杆菌每30分钟分裂一次。
合成细胞的基因组远小于自然细胞，有9万个碱基对。(大肠杆菌的基因组有460万个碱基对。)虽然它可以像自然细胞一样复制，但合成细胞采用的是不同的机制。自然细胞使用细胞骨架——SpudCell没有的结构框架。相比之下，合成细胞产生蛋白质，这些蛋白质在膜上聚集，迫使其分裂。
SpudCell也无法自行制造核糖体——自然细胞的关键部分，用于制造蛋白质。相反，它使用通过喂养提供的大肠杆菌核糖体。
"这只是开始，"Adamala说。"这是一个我们希望在此基础上构建的框架，这很重要，因为现在我们实际上可以对如何在此基础上构建有一些合理的想法。"
Elani表示，合成细胞并不完全模仿自然细胞——但这不一定是缺陷。"其中一些类似生命的行为是通过与生物学中使用的机制非常不同的机制实现的，"他通过电子邮件说。"这很重要，因为合成生物学并不总是关于模仿。有时它使我们能够以不同的方式做事，并采取捷径。"
其他没有参与这项研究的科学家将这项工作描述为令人兴奋的进展。美国国家标准与技术研究院国家细胞工程组组长Elizabeth Strychalski说，SpudCell介于"一堆化学品和自然界中自然进化的细胞之间"。她称这项研究"重要且令人印象深刻"，并表示这将"非常有用"。
伦敦帝国理工学院合成基因组工程教授Tom Ellis将该细胞描述为"可能是近年来合成细胞领域最大的突破"。
"制造一个合成细胞有助于我们了解生命的确切最低要求以及生命如何可能从化学中产生——这是一个很酷的事情，值得尝试理解，"Ellis通过电子邮件说。
深圳先进技术研究院杰出教授、中国定量合成生物学国家重点实验室创始主任刘陈立(Chenli Liu)表示，合成细胞研究是一个令人兴奋且快速发展的领域，但在同行评审的科学期刊上发表之前，不可能对这项工作进行有意义的评估。
研究人员表示，他们工作的一个关键成就是表明合成细胞受到选择力量的影响，即某些特征变得更常见或更少的过程。当他们引入增加生长蛋白产量的遗传变化时，携带它的细胞生长和分裂更快。然而，由于这种变化是引入系统中的，而不是作为自发的基因突变出现的，因此不能说SpudCell能够"进化"。
斯坦福大学生物工程副教授Endy表示，SpudCell还不能真正被视为生命。Endy没有参与Adamala的研究，但他是Biotic的联合创始人。
"我们并不完全理解生命——远非如此。我们没有完全操控物质来制造东西的能力。我会说Kate构建了一个细胞。我不认为她创造了生命，"Endy说，他指出尽管物理学家仍然不完全理解引力的奥秘，但工程师仍然可以建造桥梁。
他说，就目前的形式而言，SpudCell不会构成任何生物安全风险，例如，不能用于制造生物武器。"它只能在你提供所有东西，包括核糖体的情况下分裂。在这种环境之外，它完全没有自我复制的能力，"他补充道。
"然而，它是否预示着未来更多人将能够构建细胞？是的。这样做是否存在潜在的安全和保障问题？是的。我们必须妥善管理它们吗？是的，"他说。
Adamala和Endy指出，由于SpudCell可以从底层构建，因此将有可能在细胞基因组中设计安全措施和故障保险，以防止细胞在释放到环境中时构成安全风险。此外，他们表示，恶意行为者制造病原体生物体有更简单的方法。
科学家们还警告过"镜像细菌"的潜在创造——合成生物体中，自然界中发现的分子结构被反转。镜像细胞中的分子将被替换为镜像版本，可能使人类、动物和植物暴露于危险病原体的风险中。
通过Biotic（将授权核心技术），Endy和Adamala表示，他们希望SpudCell能成为合成细胞生物学的全球共享标准，就像开源操作系统Linux一样。
芝加哥大学宗教与伦理学教授Laurie Zoloth表示，建立Biotic可能有助于解决新技术引入时的一些伦理问题：谁从中受益？谁决定其用途？谁设定防护措施？
"我们将看到它在其最初的理想主义形式中能持续多久，"Zoloth说。"我希望它能。"
伦敦帝国理工学院的Ellis表示，一个标准、可共享和开源的框架将帮助科学家更快地建立彼此的工作。"然而，我不确定这篇论文中的工作是世界上其他人都想追随的东西，"他说。
"合成细胞是世界各地许多团队的共同目标，但他们如何应对以及如何定义成功是非常不同的。"
Adamala表示，目标是让核心SpudCell技术对任何想要使用它的人开放，她补充说，学术机构或非营利组织将能够免费使用它，而商业用途则需要支付许可费。
"目前，SpudCell无法制造任何有用的东西，它不够高效，"她说。"我兴奋的是，我们正在聚集国际社区，实际上加快其发展，使其变得有用。"
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