科学家创造了简单的合成细胞，可以正常生长和分裂

现在，科学家们已经确定了7种基因，可以添加这些基因来驯服细胞不受控制的天性，使它们整齐地分裂成均匀的球体。这项成就是由J. Craig Venter研究所(同时,)、国家标准与技术研究所(NIST)及麻省理工学院(麻省理工学院)比特和原子中心发表在《细胞》杂志上。

识别这些基因是制造有用的合成细胞的重要一步。这种细胞可以充当生产药物、食品和燃料的小工厂;在体内检测疾病并生产治疗药物;功能就像微型电脑一样。

但是，要设计和建造一个完全按照你的想法工作的细胞，有一个基本部件的列表并知道它们是如何组合在一起的是很有帮助的。

“我们想了解生命的基本设计规则，”伊丽莎白Strychalski他是这项研究的合著者，也是NIST的负责人蜂窝工程小组．“如果这个细胞可以帮助我们发现和理解这些规则，那么我们就开始比赛了。”

JCVI的科学家们建造了第一个合成基因组的细胞在2010年。他们并不是完全从零开始建造这个细胞的。相反，他们从一种叫做支原体的非常简单的细菌细胞开始。他们破坏了这些细胞中的DNA，代之以计算机设计并在实验室合成的DNA。这是地球生命史上第一个拥有完全合成基因组的生物。他们称之为JCVI-syn1.0。

从那时起，科学家们一直致力于将这种生物的遗传成分精简到最低限度。他们在五年前创造的超级简单细胞，被命名为JCVI-syn3.0，可能太简单了。研究人员现在已经向这个细胞中添加了19个基因，其中包括正常细胞分裂所需的7个基因，以创造新的变体JCVI-syn3A。这种变体只有不到500个基因。从这个数字来看，生活在你肠道中的大肠杆菌大约有4000个基因。一个人体细胞大约有3万个。

确定这7个额外的基因需要时间多年的心血联合作者约翰·格拉斯领导的JCVI合成生物学小组。联合第一作者、JCVI科学家孙立杰通过系统地添加和去除基因构建了数十个变异菌株。然后，她和其他研究人员将观察这些基因变化如何影响细胞生长和分裂。

NIST的任务是在显微镜下测量由此产生的变化。这是一个挑战，因为细胞必须是活的才能被观察。使用高倍显微镜观察死亡细胞相对容易。活细胞成像要困难得多。

在显微镜下保持这些细胞的位置是特别困难的，因为它们是如此的小而脆弱。100个或更多的细菌可以容纳在一个大肠杆菌中。微小的力量就能把它们撕裂。

为了解决这个问题，Strychalski和麻省理工学院的合著者James Pelletier, Andreas Mershin和Neil Gershenfeld设计了一种微流体化疗器——一种迷你水族馆——在光学显微镜下，细胞可以保持喂养和快乐。结果是一段显示合成细胞生长和分裂的定格动画。

这段视频显示了JCVI-syn3.0细胞——五年前创建的那些细胞——分裂成不同的形状和大小。一些细胞形成细丝。另一些似乎没有完全分离，像串珠一样排列整齐。尽管种类繁多，但所有这些细胞在基因上是相同的。

这些视频和其他类似的视频使研究人员能够观察他们的基因操作如何影响细胞的生长和分裂。如果去除一个基因破坏了正常的过程，他们会把它放回去，再尝试另一个。

“我们的目标是了解每个基因的功能，这样我们就可以建立一个完整的细胞工作模式。”佩尔蒂埃说。

但这一目标尚未实现。在为正常细胞分裂而添加到这种生物体中的七个基因中，科学家们只知道其中两个基因的作用。其他五种在细胞分裂中所起的作用尚不清楚。

“生活仍然是一个黑盒子。”Strychalski说。但有了这种简化的合成细胞，科学家们可以很好地了解细胞内部的情况。