生命最神奇的地方，不仅仅是能够生长与分裂，而是能够把这些过程连接成一个不断循环的生命周期。几十年来，科学家陆续让人工细胞学会了表达蛋白、复制DNA、生长和分裂，却始终无法把这些能力整合到同一个系统中。

近日，美国科学家构建出一种昵称为SpudCell的人工细胞，第一次实现了从吃饭到生长、从复制到分裂的完整细胞循环，被认为是目前最接近生命的人工细胞。[1]

为什么人类一直想造生命？

如果让你列举生命最重要的特征，你会想到什么？

会呼吸？会运动？还是能够繁殖？

这些远远不够。一个真正的生命至少需要完成一个完整的循环：获取物质和能量、合成自身组成、复制遗传信息、完成细胞分裂，再将这些能力传递给下一代。这种不断重复的过程，就是生命延续了几十亿年的秘密。

正因为如此，构建人工细胞一直是科学界最具挑战性的目标之一。

过去二十多年里，科学家已经取得了许多重要突破。有的人工细胞能够表达蛋白质，有的能够复制DNA，有的能够不断长大，还有的甚至能够发生分裂。[2]然而，这些成果大多像一个个独立运转的齿轮——每个模块都能工作，却无法组成一台真正运转的生命机器。

真正困难的地方，并不是实现某一个生命过程，而是让所有生命过程按照正确的顺序连接起来，形成一个完整的细胞生命周期（cell cycle）。

正如Science评论所说，把这些原本独立发展的功能模块整合到同一个人工细胞中，正是整个领域长期等待的重要突破。[3]

人工细胞终于有了完整的生命周期

这一次，明尼苏达大学的Katerzyna Adamala团队构建了一种名为SpudCell的人工细胞。它本质上是一个由脂质膜包裹的微小液滴，内部装载着蛋白质合成体系以及一个约9万碱基对、包含36个功能基因的人工基因组。虽然规模只有普通细菌基因组的大约五十分之一，却已经能够完成多个生命过程之间的连续衔接。

整个过程可以理解为一个可以循环的生命故事。

首先，它会吃饭。SpudCell会表达一种膜蛋白，将特殊的分子标签展示在细胞表面，从而主动捕获周围携带脂质、蛋白质以及生物分子的供体囊泡。这些囊泡与人工细胞融合后，不仅补充新的膜材料，也补充细胞运行所需的各种组分，就像不断获得新的营养一样。

吃饱之后，它开始长大。随着越来越多供体囊泡融合，人工细胞体积逐渐增大，内部生物合成体系得到持续补充，能够继续表达蛋白，并复制自己的基因组。

随后，它进入生命最关键的一步——分裂。研究人员设计了一套基因编码的分裂机制，使人工细胞表面的蛋白能够结合链霉亲和素，诱导膜产生弯曲，最终将一个细胞分裂成两个新的细胞。虽然这一过程目前效率仍然有限，但已经证明人工细胞可以利用自身表达的蛋白完成分裂，而不仅仅依赖外界机械操作。

更重要的是，这一过程并非一次性的演示。研究团队让SpudCell连续经历了五轮生长、DNA复制和分裂循环，证明这些生命过程已经能够稳定串联起来，而不再只是彼此孤立存在。

SpudCell甚至开始相互竞争了

真正令人惊讶的，还不是它能够生长，而是它开始表现出一种生命最重要的特征——选择（selection）。

研究人员人为构建了两类人工细胞，其中一类能够更高效地表达负责摄取营养的膜蛋白，因此融合更多供体囊泡，获得更多资源。

实验结果非常符合达尔文的直觉。

这些吃得更多的人工细胞长得更快，产生更多后代。在连续五轮细胞循环后，它们在整个群体中的比例明显增加，逐渐占据优势。

当然，这还不能称为真正的达尔文进化。

因为优势突变并不是随机产生，而是研究人员事先设计好的；细胞分裂过程中也仍然需要人为辅助。因此，它更准确地说是一种与生长直接耦联的人工选择，却已经迈出了通向人工生命演化的重要一步。

距离真正的生命，还有多远？

尽管SpudCell取得了重要突破，但它仍然远不是一个真正的生命。

首先，它的分裂效率仍然较低。为了完成多轮细胞循环，研究人员仍需要借助机械方法辅助细胞分裂。

其次，它无法制造新的核糖体，也不能清除老化的生物分子，因此内部蛋白工厂会随着时间逐渐失去活性。

此外，遗传信息的传递仍然不够稳定。经过五轮细胞循环后，仅约30%的人工细胞还能保留完整基因组，其余细胞已经丢失了部分遗传信息。

因此，许多科学家认为，现在谈“创造生命”仍然为时尚早。

正如德国明斯特大学Seraphine Wegner评价的那样：“这是一项非常精彩的工作，但我并不认为我们已经接近真正创造出完整的人工生命。”[3]

生命不是突然出现，而是在不断接近

那么，SpudCell真正重要的意义是什么？

也许可以借用Katerzyna Adamala自己的一个比喻：如今的SpudCell就像莱特兄弟制造的第一架飞机——它远远比不上今天的波音787客机，却第一次证明，人类确实能够依靠自己的设计，让一种从未存在过的机器飞上天空。

人工生命的发展也是如此。

过去，人们不断实现生命的一个个零件；而SpudCell第一次把这些零件连接成了一个能够循环运转的整体。从“会表达蛋白”到“会生长”，再到“会复制”“会分裂”，生命不再只是几个独立模块，而开始拥有了连续运行的能力。

今天的SpudCell距离真正的生命还有相当长的距离，但它回答了一个长期困扰人工细胞领域的问题：一个完全由已知分子构建的人工系统，是否能够完成一个完整的细胞生命周期？

答案第一次变成了——可以。而这，也许正是人类迈向真正人工生命的重要一步。

作者简介：

高宁，北京理工大学化学与化工学院教授，主要从事人工细胞相关研究。

参考文献：

[1] https://biotic.org/research/spudcell/spudcell-manuscript.pdf

[2] ACS Synth. Biol. 2024, 13, 974?997

[3] https://www.science.org/doi/epdf/10.1126/science.aek1826