八年前，科学家把一种细菌的901个基因砍到493个，轰动了整个生命科学界。今天，另一支团队干脆反过来：不从删减入手，而是只用36个基因，就想搭出一个“细胞”。这个项目叫SpudCell，它的创造者说，这可能是合成生物学迄今为止最夸张的一次尝试。一部分赞誉并不过分——它确实能在培养液里复制DNA、把自己拉长再分裂，虽然每次只撑到第5轮左右就报废，还离不开一大堆外部支援。可即便这样，它依然比任何同行跑得都远：在此之前，从没有哪个人工系统能重复这种哪怕只得半分的“活着”。
做出SpudCell的，是明尼苏达大学的凯特·阿达玛拉和她的合作伙伴们。上周，团队做了一个让不少同行意外的决定：把整个项目开源。也就是说，SpudCell的设计方案、基因线路图，连同构建步骤，全部公开。阿达玛拉的野心很清楚，她希望这个系统能被继续改良，甚至最终实现持久分裂。对她而言，这不仅仅是一次技术发布，更是把合成生物学里那个终极问题——生命的最小配置到底是什么——直接丢进公共实验室里发酵。
在解释SpudCell之前，有必要先翻一下合成生物学界摸索“最小基因组”的旧地图。传统做法很像雕刻：找一种本来基因组就不大的细菌，然后拿着基因剪刀一个接一个地试，看删掉哪个它还能活。2016年那项著名工作，就是从拥有901个基因的细菌起步，反复精简到493个。每敲掉一段DNA，研究者都要确认细胞还活不活得下去。这套减法逻辑的优点是你始终有一个活细胞兜底，缺点是永远都猜不透，剩下的那堆基因里，到底哪些才是维持生命最底线的零件。
阿达玛拉的团队直接把雕刻刀扔了，改玩拼图。她们从36个基因起步，一个不多，一个不少。这些基因绝大部分来自大肠杆菌，这种细菌本身就是合成生物学里的“模式生物”；另有一部分从侵袭细菌的噬菌体病毒中借来；还有一个，专门为方便观察而加进去的水母荧光蛋白基因，让这些微小的结构能在显微镜下透出一点光。你完全可以把它看成大肠杆菌被删减到极限之后，再从病毒和水母那里借了几个小工具所形成的嵌合体。
那么，这36个基因到底能让一个“细胞”做到什么？首先，它能复制自己的DNA。基因被装入七个圆环状的DNA片段里，在特定的化学溶液里，它们会利用周围事先放好的核苷酸原料，把整套遗传信息再抄一份。其次，在抄完基因后，这个结构会像细菌那样拉长、中间凹陷、最后断开——也就是分裂。只是这个过程极度吃力，往往进行到第5次左右就彻底罢工。阿达玛拉自己也承认，如果没有外部源源不断的物质输入，这些分裂一步都走不了。这就像一台发动机虽然可以点火，但火花塞、燃油、冷却液全得靠人续杯。
如果非要用一个词来回答“SpudCell是活着的吗”，阿达玛拉给的答案干脆利落：不。她甚至给出了一个相当清晰的判定标准：只有当它能无限分裂，并且能够自发产生、积累可遗传的有利变异——也就是经历达尔文式的演化——她才愿意把它叫生命。目前，两条都不满足。团队的确做过演化实验，她们人为给某些SpudCell植入一个已知有利的突变，结果携带这个突变的个体确实比没有的活得更好、分裂得稍多一些，但这种优势完全来自实验员的刻意引入，不是实验室环境里偶然冒出来的。一旦停止外部强干预，整个系统立刻掉回原始水平，毫无自主演化的苗头。
如果连“活的”都算不上，那“合成细胞”这个名字还成立吗？这件事得看给定义的人站在哪个位置。从组装方式看，SpudCell毫无疑问是合成细胞：它在实验室里被一点一点拼出来，有分隔内外的膜结构，能读取基因、制造蛋白质、复制遗传物质、甚至执行原始的分裂程序。但它又不是从零开始造的——它的绝大部分组件都是从现有生物体内借来的，尤其是那36个基因，每一个都携带着漫长自然进化留下的序列痕迹。把它想象成一道菜，厨师没有种小麦、磨面粉，而是把现成的面团擀薄，加了几味外来的料，最后在烧瓶里把它烤成一个能短暂呼吸的面包。你可以叫它“极度精简的大肠杆菌衍生体”，也可以叫它“基于天然基因密码合成的功能囊泡”，怎么叫，取决于你更看重“合成步骤”还是“原料来源”。
组装SpudCell的过程，本身就像一次精密控制的迷你创世。团队先把选好的36个基因分别装到七个环状的DNA载体上，然后用生化手段大量扩增这些载体。接着，她们调制出一锅富含核苷酸、氨基酸、脂类分子和能量分子的溶液。核苷酸是DNA的搭建积木，氨基酸是蛋白质的材料，而那些两亲性的脂类分子一旦进入水溶液，会自发聚集形成中空的微球——其实就是一层和细胞膜化学成分相似的薄膜。在某些微球形成过程中，恰好把全部七个DNA环包裹进去，于是一个带有整套基因组的“原细胞”就诞生了。为了让这些原细胞能持续运转，三十六个基因当中有两个特别关键，它们编码的蛋白质会在膜上打出精微的孔道，允许小分子营养物质自由进出，而大分子的供应则依赖溶液中提前预备好的库存。一旦溶液里的关键原料耗尽，或者膜上的孔道蛋白失活，整个系统的运行就会跌停，分裂也随即画上句号。
阿达玛拉把SpudCell开源的决定，反映出这个领域长久以来的一种焦灼：我们已经造出了能转录、能翻译、能自我复制的遗传系统，可就是搞不清，到底需要多少个零件，才能拼出一台不用外挂也能持续运行的细胞机器。36个基因不算多，但它们已经撑起了一套不够完美但确实在运转的生命片段。如果未来有人在此基础上再加入调控细胞周期的元件，或者强化其脂膜合成的自主性，那个始终够不到的“无限分裂”门槛，或许真的可以跨过去。现在，全世界的研究室都能在SpudCell的蓝图上各自添一笔，这种分布式试错的速度，说不定会比任何一个封闭课题组更快地逼近最小生命定义的边界。
当然，眼前这个36基因系统仍处处漏风。它的分裂不是整齐的均分，有时子代只能分到残缺的遗传信息；它的基因表达网络脆弱，任何一种蛋白质的合成量稍微偏离窗口，就会迅速崩盘。但恰恰是这种限制，让它成了绝佳的实验模型。传统的细菌研究里，很多生命过程被上千个基因层层覆盖，科学家很难看清楚单一模块的运作方式。而在SpudCell中，每一个基因的位置、功能、缺失后的表型，都可以被孤立地测试。这就像把瑞士军刀拆成一个个零件，逐一检查它是刀片还是开瓶器。对于想要理解“细胞工厂”最基本运转规律的人来说，越是简陋的系统，越能提供干净的因果链条。
和很多实验性原细胞不同，SpudCell不是为了直接应用而设计的。它不生产药物，不分解塑料，也不传感污染物。它在眼下只有一个任务：充当一面镜子，让人类透过它去端详生命概念最底层的地基。阿达玛拉曾在采访中抛出过那个经典的诘问：如果有一天，我们确实造出了能无限分裂、能自然变异演化的囊泡系统，我们该不该管它叫活的？那一天来临之前，SpudCell就是一枚刻着36个基因的探针，正在替所有人，往那道模糊的红线里再
热门跟贴