使用细菌的研究使科学家离创造具有逼真功能的人造细胞更近了一步

科学家们利用细菌的潜力来帮助构建模拟现实生活功能的先进合成细胞。这项由布里斯托大学领导并于今天在《自然》杂志上发表的研究在部署合成细胞(称为原始细胞)以更准确地表示活细胞的复杂组成、结构和功能方面取得了重要进展。

在原始细胞中建立逼真的功能是一项跨越多个领域的全球性重大挑战，从自下而上的合成生物学和生物工程到生命起源研究。以前使用微胶囊对原始细胞建模的尝试都失败了，因此研究小组转向细菌，使用活体材料组装过程来构建复杂的合成细胞。

布里斯托大学化学学院的斯蒂芬曼教授和马克斯普朗克布里斯托最小生物学中心与布里斯托Protolife研究中心的徐灿博士、尼古拉斯马丁博士(目前在波尔多大学)和梅丽一起证明了一种使用充满活细菌的粘性微滴作为微观建筑工地来构建高度复杂的原始细胞的方法。

在第一步中，该团队将空液滴暴露在两种细菌中。一个群体自发地被捕获在液滴中，而另一个群体被捕获在液滴表面。

然后，两种类型的细菌都被破坏，释放的细胞成分仍然被困在液滴内部或表面，从而产生含有数千个生物分子、部件和机械部件的膜包被的细菌原细胞。

研究人员发现，原始细胞能够通过糖酵解产生富含能量的分子(ATP)，并通过体外基因表达合成RNA和蛋白质，这表明遗传的细菌成分在合成细胞中仍然保持活跃。

进一步测试该技术的能力，该团队采用了一系列化学步骤在结构和形态上重塑细菌原细胞。释放的细菌DNA被浓缩成单个核样结构，液滴内部渗入由蛋白质丝和膜结合的水泡组成的细胞骨架样网络。

作为构建合成/活细胞实体的一步，研究人员将活细菌植入原始细胞中，以产生可自我维持的ATP生产，并为糖酵解、基因表达和细胞骨架组装提供长期能量。奇怪的是，由于现场细菌代谢和生长，原生生物结构采用了类似阿米巴的外部形态，从而产生了具有综合生命特性的细胞仿生系统。

通讯作者斯蒂芬曼教授说，“在合成细胞中实现高度的组织和功能复杂性是困难的，尤其是在接近平衡的条件下。希望我们目前的细菌生成方法将有助于增加当前原始细胞模型的复杂性，促进无数的整合。生物成分，并能够开发充满活力的细胞模拟系统。”

第一作者、布里斯托大学研究助理CanXu博士补充说，他们的“活体材料组装方法为自下而上构建共生活体/合成细胞结构提供了机会。例如，使用工程细菌应该是可以制造复杂的模块，用于合成生物学的诊断和治疗领域以及一般的生物制造和生物技术领域。”

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