在合成生物学领域，如何利用磷脂、蛋白质、DNA 等生物大分子“自下而上”地从零人工构建单细胞生命，是一个困扰科学家数十年的问题，也被视为人类是否掌握生命底层设计法则的重要检验。该方向的研究不仅关系着我们对生命的认识，更可能在生物制造、生物医药等领域推动可编程、可定制功能细胞的发展。
要解决这个问题，难点不是代谢通路、基因表达系统、膜结构等单一问题，而是全球面临的系统级瓶颈：如何让这些功能模块在时间和空间的演进中精确配合，从而能够像真正的生命一样运转起来。
近日，由中国科学院深圳先进技术研究院刘陈立研究员牵头的联合团队在 Nature Biotechnology 上发表题为“A framework for building a synthetic cell from the SynCell Asia initiative”的论文。
这项研究相当于给亚洲合成细胞领域未来十年的路线“定调”。这意味着亚洲在全球合成生命的赛道上有了自己的打法和节奏，往后在人工造出单细胞生命这件事上，亚洲的声音和分量有望越来越重。
联合团队来自亚洲合成细胞联盟（SynCell Asia Initiative），由中国、日本、韩国、新加坡、马来西亚、泰国亚洲六国 100 多个实验室组成。中国科学院深圳先进技术研究院刘陈立研究员担任论文唯一通讯作者，戴卓君研究员是第一作者，亚洲细胞联盟全体代表成员共同参与论文撰写。
亚洲合成细胞，开始“组队升级”
过去几十年间，全球合成细胞研究格局逐步形成。欧洲的 MaxSynBio、BaSyC、EVOLF，美国的 Build-a-Cell 等项目通过实验室攻关及跨机构协作在各功能模块的研发上取得进展。
亚洲的优势明显：中国建立了大规模生物铸造厂和合成生物学定量建模框架；日本开发了 PURE 系统及核糖体组装技术，在重构中心法则系统方面处于国际领先地位；韩国与新加坡则在AI驱动的代谢原型构建和自动化 DNA 合成方面具有显著优势。但一个问题也日益凸显：由于长期缺乏有效协同，亚洲的区域优势未能“拧成一股绳”。
2023 年，刘陈立研究员倡议并牵头，联合六国科学家正式成立亚洲合成细胞联盟，希望通过合作解决领域内存在的长期问题。在随后多次举办的 SynCell Asia Workshops 中，联盟成员围绕合成细胞的核心科学问题展开深入讨论与思想碰撞，不断凝聚共识、明晰路径，逐步形成了具有亚洲视角与区域特色的科学主张与行动纲领，并绘制出该技术路线图。
四大瓶颈，一个解法
在这次研究中展示的技术路线图中，首次系统提出了构建合成细胞所面临的四大核心挑战：
第一个挑战是代谢连续性。当前的无细胞系统的关键底物都是在实验开始前预先添加的，例如腺嘌呤核苷三磷酸（ATP）、核苷酸（nucleotide）。因此它们可能很快被耗尽或降解，无法实现能量的持续再生和代谢循环，从根本上限制了合成细胞的长期自主运行。
第二个挑战是核糖体自主再生。核糖体是蛋白质合成的工厂，但在活细胞中它的组装需要大量分子伴侣、RNA 修饰酶和空间区室的配合，这些辅助因子恰恰是人工系统中缺少的。因此，人工制备的核糖体往往存在结构缺陷，且难以持续更新，因此无法形成可循环利用的体系。
第三个挑战是模块设计规则缺失。一方面，截至目前科学家对膜扩张和分裂过程中的设计规则尚不明晰；另一方面，细胞分裂也面临类似的困境，例如如何协调曲率生成、膜重塑与隔膜闭合，目前还没有一套可操作的工程方案，这会导致模块间难以实现功能耦合。
第四个挑战是时空协调机制复杂。DNA 复制、染色体分离和细胞分裂等关键过程必须在合成环境中同步进行，而目前的系统还无法实现基本的时序控制，经常会出现 DNA 异常复制、分裂失败等问题。
技术路线图提出了一种以跨境协作、基础设施共享与开放标准为特征的新型研究范式，构建以 AI 驱动的生物铸造厂为核心、采用“中央工厂+分布式工作站”的跨国协作模式的研究架构。
该架构统一制备标准化底盘与试剂，形成闭环的“设计-合成-测试-学习”（DBTL，Design-Build-Test-Learn）循环，并依托单合成细胞组学为机器学习提供高维数据支撑。
在理论方法层面，根据技术路线图描述，提出系统揭示合成细胞的设计约束，将基于机制理解的“白箱”模型与数据驱动的“黑箱”模型并行发展。为解决模块间互作的不可预测性问题，技术路线图为构建复杂细胞开辟了一条全新的方法论路径，提出通过对跨尺度涌现功能进行高通量人工选择。
十年计划：让人工细胞“活起来”
基于以上思路，这项研究还进一步提出了跨度为 10 年的两阶段目标。
第一阶段的目标是构建“原始细胞”（ProtoCell）。这是一个类似最小原核生物的构造，确立稳定的磷脂囊泡结构、含不少于 200 个基因的最小基因组、90% 及以上的蛋白质由无细胞转录翻译系统表达，并具备关键代谢物的内源合成能力。与此同时，构建其数字孪生模型，探索力学信号与生化信号协同调控细胞分裂的可能性。
第二阶段是将原型细胞升级为“自主细胞”（AutoCell），让它真正具备持续自我维持、自主复制、定向进化和多细胞集体行为的能力。自主细胞需完成 10 次以上连续、协调的生长-分裂周期，细胞群体大小分布的变异系数低于 15%，并具备在环境选择压力下的演化能力及群体行为的涌现。
亚洲方案，正在进入全球中心
该技术路线图根植于亚洲各国在技术能力上的高度互补性，确立了以跨境协作、共享基础设施和开放标准为核心的新型研究范式。技术路线图提出的从原始细胞到自主细胞的两阶段战略，及以中心化 AI 驱动生物铸造厂为枢纽的系统集成方案在全球范围内尚无先例，直接回应了模块间无法耦合的痛点，体现了亚洲在科研协作模式上的原创探索。
研究团队指出，构建合成细胞并非依靠某个学科的力量“单打独斗”，而是需要多学科的持续融合与发展，包括理论物理、计算机科学、工程学、伦理学和社会科学等。这一研究范式的发展，不仅有利于推动合成细胞研究从局部探索转变为协同构建，还可促进定量生物学、AI 与生物制造等多领域交叉发展，为基础生命科学原理与生物技术的发展开辟全新路径。
亚洲合成细胞联盟成立后，不仅在学术研究方面深入研究，也在积极推动国际方面的合作。2024 年 4 月，在深圳成功举办首届合成细胞亚洲研讨会并签署合作备忘录。同年，发起并主办首届全球合成细胞峰会（SynCell Global Summit），首次实现了亚洲、欧洲、北美三大合成细胞研究机构的历史性同台，中国科学院合成细胞国际科学计划也在同期启动。
2025 年，SynCell Asia Workshop 再次在深圳召开，联盟成员围绕多个模块构建、整合与标准化接口等关键议题达成多项实质性共识，推动技术路线图向具体实施方案加速落地。2026 年，联盟参与了在荷兰代尔夫特举行的第二届全球合成细胞峰会，这也是亚洲从参与者转变为规则共同制定者与全球协同的关键转变。
2026 年 SynCell Asia Workshop 与 2027 年第三届全球合成细胞峰会将分别在日本和美国召开。从深圳发起，到全球协作网络开始加速形成，合成细胞国际合作已走上快车道，亚洲力量也正在全球合成细胞研究的历史进程中逐步走向中心位置。
或许，人类距离从“零”造出一个细胞，又近了一步。
参考资料：
https://www.nature.com/articles/s41587-026-03153-w
运营/排版：何晨龙
注：封面/首图由 AI 辅助生成
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