中新網北京5月13日電 (記者 孫自法)構建能夠模擬天然細胞分裂行為的合成人工細胞，是生命合成生命研究至關重要的一步。

　　破解人工細胞不對稱分裂難題

　　中國科學家最近在這方麵取得重要突破，重突他們提出一種基於瞬態化學不均勻性和界麵能梯度誘發人工細胞不對稱分裂的破中新策略，構築了具備不對稱分裂潛能的國團工細結構化層狀液晶液滴人工細胞模型，成功展示其自發分裂為液滴和囊泡兩種結構性能迥異子代的隊首對動態過程。

　　這不僅為理解生命功能湧現與原始細胞的次實形成提供了新的實驗模型，也為“從零構建”具備類生命基本特征的現人人工細胞係統，以及生物製造前沿研究帶來新思路。胞形

　　本項在國際上首次實現人工細胞形態功能不對稱分裂的態功突破性研究成果，由中國科學院化學研究所喬燕、分裂王樹團隊聯合北京化工大學、合成英國布裏斯托大學的生命合作者共同完成，相關論文北京時間5月13日夜間在國際學術期刊《自然》上線發表。重突

　　研究團隊介紹，天然細胞有對稱和不對稱兩種分裂方式，其中不對稱分裂是將一個細胞分裂成兩個不同的子細胞，例如幹細胞分裂成一個新的幹細胞和一個分化後的功能細胞，是生命體實現細胞分化、器官發育、功能多樣化的重要基礎。

　　然而，現有人工細胞缺少天然細胞內部的複雜結構域邊界和拓撲缺陷，難以實現類似天然細胞“一個變兩個且兩個不一樣”的不對稱分裂，成為合成生命領域長期麵臨的重要挑戰。

　　創新實現“剝離式”不對稱分裂

　　針對挑戰，研究團隊提出一種利用瞬態化學不均勻性和界麵能梯度驅動人工細胞不對稱分裂的全新策略：通過生化分子在人工細胞界麵的受限擴散與動態富集，形成局部、瞬態的化學不均勻性，在體係內部建立定向的化學勢與界麵能梯度，從而誘導其內部結構沿特定方向發生選擇性失穩與剝離。

　　不同於傳統依賴整體調控的對稱分裂機製，新策略強調“局部擾動觸發整體重構”，基於此，研究團隊設計出一種結構化層狀液晶液滴的特殊人工細胞模型，其內部呈洋蔥狀高度有序的多層結構，層內存在微小缺陷，為人工細胞的不對稱分裂提供了關鍵結構基礎。

　　隨後，研究團隊向人工細胞中加入堿性磷酸酶發現，母代細胞分裂為兩個形態不同的子代細胞：其一繼承內核、仍保持多層液晶結構，其二為外層剝離重構、內部含水的多層囊泡結構。

　　這一過程完全不同於人工細胞以往的對稱分裂，研究團隊將其形象稱為“剝離式”不對稱分裂。本項研究的實時視頻影像和三維熒光顯微鏡，清晰記錄了該分裂的全過程。

　　這種分裂機製觸發是否僅限於堿性磷酸酶這一種酶？研究團隊進一步利用鎂、鈣等多價陽離子調節表麵的靜電相互作用，同樣成功觸發人工細胞的不對稱分裂；通過降低體係酸堿值促進三磷酸腺苷質子化，也能夠實現類似的分裂行為；將三磷酸腺苷替換為其他三磷酸核苷後，依然可以觀察到不對稱分裂現象。這表明，該分裂機製具有較好的普適性。

　　不過，對於缺乏液晶有序結構的人工細胞，加入堿性磷酸酶後僅會導致整體解體，而不會發生不對稱分裂現象，這說明多層液晶有序結構及其內在的結構邊界，是實現人工細胞不對稱分裂的關鍵基礎。

　　提供人工生命體係構建新可能

　　這項研究的人工細胞分裂不僅能夠實現形態上的複製，還能夠完成物質的傳遞與繼承。研究團隊預先將辣根過氧化物酶等功能分子封裝在母體細胞中，發生不對稱分裂後，其功能分子能夠被有效分配至兩個子代細胞中，且依然保持良好的活性。

　　研究還發現，兩個子代在行為上出現了區別：由外殼形成的子代相對疏鬆，內部的生物分子會逐漸釋放到外部環境；繼承內核的子代則具有更強的物質保持能力。這種行為上的差異體現了人工細胞不對稱分裂所帶來的功能分化特征，為構建具有“代際功能差異”的人工生命體係提供了新的可能。

　　這項研究首次證明，人工細胞可以在沒有外部複雜操控的情況下完成不對稱分裂，並產生形態、功能不同的子代。《自然》審稿人評價稱，論文作者在簡單的軟物質體係中發現了一種非同尋常的動態轉變，能引起脂質分子自組裝、非平衡化學及人工細胞研究等多個交叉學科領域的濃厚興趣。

　　喬燕研究員指出，本項研究揭示的一種人工細胞不對稱分裂的全新機製，有望推動構建具有生命特征的人工細胞群體，實現子代細胞之間的功能分化與代際傳遞。

　　在王樹研究員看來，隨著化學、材料科學和合成生物學等領域的不斷交叉發展，人類距離“從零構建”具備生命基本特征的人工細胞係統越來越近。這不僅有望加深人們對生命起源與演化規律的理解，也將在生物製造、生物醫藥、智能生物傳感及新型功能材料開發等前沿領域展現廣闊應用前景。

　　研究團隊總結表示，人工細胞目前還無法像天然細胞一樣持續分裂和穩定傳代，後續研究將進一步探索如何賦予人工細胞類似天然細胞的多代增殖能力，並將其與基因表達、代謝反應等功能模塊結合，這也是未來合成生命領域的重要研究方向。(完)