亞洲首個合成細胞技術路線圖發(fā)布｜前沿動態(tài)

原文發(fā)表于 《科技導報》2026年第11期科技新聞-前沿動態(tài)

亞洲首個合成細胞技術路線圖發(fā)布

人類能否從磷脂、蛋白質和DNA等生物大分子“零件”出發(fā)，從零搭建出一個能夠自主生長、分裂的活細胞？這個聽起來近乎科幻的問題，正在成為合成生物學檢驗生命底層設計法則的一塊試金石。

過去幾十年間，全球合成細胞研究逐步形成了兩條互補路徑。一條是相對成熟的“自上而下”路徑：從天然細胞出發(fā)，通過刪減、替換或重寫基因組，把細胞改造成更簡單、更可控的生命系統(tǒng)。抗瘧藥前體青蒿酸的酵母合成、在微生物中引入合成基因網(wǎng)絡生產(chǎn)生物燃料，都是這一方向的代表性進展。

另一條則是更具挑戰(zhàn)性的“自下而上”路徑：不依賴現(xiàn)成細胞，而是基于基本生物學原理，以天然、修飾或合成的生物分子為構建模塊，創(chuàng)建全新的生命系統(tǒng)。與“自上而下”改造現(xiàn)有細胞不同，“自下而上”路線試圖從非生命分子出發(fā)重構生命過程。也正因如此，這一路徑難度更大——事實上，目前科學界尚不清楚能否僅憑“自下而上”的方法真正創(chuàng)造生命。

以德國馬克斯·普朗克學會主導的合成生物學大型聯(lián)合項目MaxSynBio、荷蘭國家級合成細胞計劃BaSyC等為代表的歐洲研究網(wǎng)絡，正是在“自下而上”思路下，圍繞膜結構、細胞骨架、蛋白質自組織、分子通信和能量轉換等模塊展開研究。例如，MaxSynBio研究者曾在體外重構支撐細胞膜的簡化肌動蛋白皮層，也曾證明與細菌細胞分裂相關的蛋白質可在人工膜腔室中自組織形成動態(tài)圖案。BaSyC研究者則在脂質體類合成細胞中，實現(xiàn)了由DNA編碼蛋白質驅動的DNA自我復制。

真正困難的是，如何讓膜、基因復制、轉錄翻譯、能量代謝和細胞分裂等模塊在同一個類細胞空間內(nèi)協(xié)同運轉，并按照正確的時空順序完成生長—復制—分裂過程。也正因此，合成細胞研究正在從單個模塊突破，轉向系統(tǒng)整合和標準化協(xié)作。

2017年，美國科學家借鑒開源軟件社區(qū)模式，發(fā)起開放式協(xié)作網(wǎng)絡Build-a-Cell，希望通過開放協(xié)作、標準接口和可復用工具，形成類似“生物操作系統(tǒng)”的共同平臺。2019年，該網(wǎng)絡獲得美國國家科學基金會資助，進一步推動合成細胞研究的標準制定、路線圖規(guī)劃和跨團隊協(xié)作。2024年，Build-a-Cell指導小組成員Lynn J. Rothschild在《ACS Synthetic Biology》發(fā)表綜述，系統(tǒng)規(guī)劃了合成細胞從技術基礎設施走向細胞實體的路徑圖。

在亞洲，中國已建立大規(guī)模生物鑄造廠和合成生物學定量建模框架；日本在重構中心法則系統(tǒng)方面處于國際領先地位，開發(fā)了PURE系統(tǒng)及核糖體組裝技術；韓國和新加坡則在人工智能（artificial intelligence，AI）驅動的代謝原型構建、自動化DNA合成等方面具有突出優(yōu)勢。不過，亞洲各國相關研究長期缺乏有效協(xié)同，尚未充分形成合力。

亞洲6國協(xié)作提出“中央工廠+分布式工作站”模式，破解合成細胞難題

（圖片來源：中國科學院深圳先進技術研究院）

由中國科學院深圳先進技術研究院劉陳立領銜，來自中國、日本、韓國、新加坡、馬來西亞、泰國等亞洲6國的100多個實驗室，聯(lián)合發(fā)布亞洲首個合成細胞10年技術路線圖。2026年5月26日，相關研究成果發(fā)表于《Nature Biotechnology》。

該路線圖提出建設AI驅動的“生物鑄造廠”，采用“中央工廠+分布式工作站”模式，由統(tǒng)一平臺制備標準化底盤和試劑，各國協(xié)同開展設計、合成和測試。其中，AI將融合“白箱模型”與“黑箱模型”，幫助科學家更快找到“造細胞”的關鍵規(guī)律。

廣東工業(yè)大學從事合成生物學研究的陳浩宏副教授表示，該工作把定量合成生物學置于方法論核心位置，即用數(shù)學模型推演各模塊如何共同決定細胞行為。這為合成細胞從“碰運氣拼裝”走向理性構建提供了理論支點。

技術路線圖提出了跨度10年的“原始細胞—自主細胞”2階段推進路徑。第1階段目標是構建“原始細胞”，形成穩(wěn)定磷脂囊泡結構，擁有至少200個基因的最小基因組，且90% 以上的蛋白質由無細胞轉錄翻譯系統(tǒng)表達；第2階段則邁向“自主細胞”，實現(xiàn)內(nèi)源性核糖體再生，擺脫外源表達依賴，并完成10次以上連續(xù)協(xié)調的生長—分裂周期。

“最難的一關是核糖體的自主再生，這是目前全世界都還沒有攻克的硬骨頭。10年內(nèi)能否如期實現(xiàn)，需要保持清醒。”陳浩宏提醒道。

廈門大學羅周卿教授曾參與世界首個真核生物基因組合成計劃。他表示，合成細胞是一項雄心勃勃的科學工程，需要整合成百上千個生物化學反應，實現(xiàn)能量系統(tǒng)與蛋白質復制機器的自持，并讓生長、復制、分裂過程在時空上有序銜接。現(xiàn)有生命認知不足、復雜系統(tǒng)構建能力有限、缺乏從頭整合藍圖等，都是亟待攻克的巨大挑戰(zhàn)。

（綜合 ： 《Nature Biotechnology》、中國科學院深圳先進技術研究院、MaxSynBio、Build-a-Cell、《ACS Synthetic Biology》 ）

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