摘要：科學家們已經利用細菌的潛力來幫助建造模擬現實生活功能的高級合成細胞。
科學家們已經利用細菌的潛力來幫助建造模擬現實生活功能的高級合成細胞。
由布里斯托大學領導的這項研究今天發表在《Nature》雜志上，在部署合成細胞(又稱原型細胞)方面取得了重要進展，可以更準確地代表活細胞的復雜成分、結構和功能。
圖1 在部署合成細胞方面的重要進展（圖源：[1]）
從自下而上的合成生物學和生物工程到生命起源研究，在原始細胞中建立真實的功能是一個跨越多個領域的全球性重大挑戰。之前用微膠囊模擬原型細胞的嘗試都失敗了，所以研究團隊轉向利用細菌，用一種活的材料組裝過程來構建復雜的合成細胞。
布里斯托爾大學化學學院的Stephen Mann教授和馬克斯普朗克布里斯托爾原型生物中心（Bristol Centre for Protolife Research）的Can Xu、Nicolas Martin(目前在波爾多大學)和Mei Li等同事展示了一種利用充滿活細菌的粘性微滴作為微觀建筑場地來構建高度復雜的原型細胞（protocells）的方法。
在第一步中，研究小組將空液滴暴露在兩種細菌中。一個種群自發地在液滴中捕獲，而另一個種群被困在液滴表面。然后，這兩種類型的細菌都被摧毀，從而釋放出的細胞成分仍然被困在液滴內部或表面，以產生含有數千個生物分子、部件和機械的膜包覆細菌原型細胞。研究人員發現，原型細胞能夠通過糖酵解產生能量豐富的分子(ATP)，并通過體外基因表達合成RNA和蛋白質，這表明遺傳的細菌成分在合成細胞中仍然活躍。
為了進一步測試該技術的能力，研究小組采用了一系列化學步驟，在結構和形態上改造細菌原型細胞。釋放出來的細菌DNA被濃縮成一個單一的核樣結構，液滴內部滲透著細胞骨架狀的蛋白絲網絡和膜界的水液泡。
圖2 凝聚物微滴中捕獲的細菌菌落分布和存活率（圖源：[1]）
作為構建合成/活細胞實體的一步，研究人員將活細菌植入原型細胞，以產生自給自足的ATP生產，并為糖酵解、基因表達和細胞骨架組裝提供長期能量。奇怪的是，由于現場細菌代謝和生長，原生物結構采用了類似阿米巴的外部形態，從而產生了具有集成生命屬性的細胞仿生系統。
通訊作者Stephen Mann教授說:“在合成細胞中達到高度的組織和功能復雜性是困難的，特別是在接近平衡的條件下。希望我們目前的細菌起源方法將有助于增加當前原型細胞模型的復雜性，促進無數生物成分的集成，并使充滿能量的模擬細胞系統得以發展。”
第一作者、布里斯托大學的研究助理Can Xu博士補充說:“我們的生物材料組裝方法為自下而上構建共生生物/合成細胞結構提供了機會。例如，利用工程細菌，應該可以制造復雜的模塊，用于合成生物學的診斷和治療領域，以及一般的生物制造和生物技術。”
參考資料：
[1] Living material assembly of bacteriogenic protocells
摘要：科學家們已經利用細菌的潛力來幫助建造模擬現實生活功能的高級合成細胞。
科學家們已經利用細菌的潛力來幫助建造模擬現實生活功能的高級合成細胞。
由布里斯托大學領導的這項研究今天發表在《Nature》雜志上，在部署合成細胞(又稱原型細胞)方面取得了重要進展，可以更準確地代表活細胞的復雜成分、結構和功能。
圖1 在部署合成細胞方面的重要進展（圖源：[1]）
從自下而上的合成生物學和生物工程到生命起源研究，在原始細胞中建立真實的功能是一個跨越多個領域的全球性重大挑戰。之前用微膠囊模擬原型細胞的嘗試都失敗了，所以研究團隊轉向利用細菌，用一種活的材料組裝過程來構建復雜的合成細胞。
布里斯托爾大學化學學院的Stephen Mann教授和馬克斯普朗克布里斯托爾原型生物中心（Bristol Centre for Protolife Research）的Can Xu、Nicolas Martin(目前在波爾多大學)和Mei Li等同事展示了一種利用充滿活細菌的粘性微滴作為微觀建筑場地來構建高度復雜的原型細胞（protocells）的方法。
在第一步中，研究小組將空液滴暴露在兩種細菌中。一個種群自發地在液滴中捕獲，而另一個種群被困在液滴表面。然后，這兩種類型的細菌都被摧毀，從而釋放出的細胞成分仍然被困在液滴內部或表面，以產生含有數千個生物分子、部件和機械的膜包覆細菌原型細胞。研究人員發現，原型細胞能夠通過糖酵解產生能量豐富的分子(ATP)，并通過體外基因表達合成RNA和蛋白質，這表明遺傳的細菌成分在合成細胞中仍然活躍。
為了進一步測試該技術的能力，研究小組采用了一系列化學步驟，在結構和形態上改造細菌原型細胞。釋放出來的細菌DNA被濃縮成一個單一的核樣結構，液滴內部滲透著細胞骨架狀的蛋白絲網絡和膜界的水液泡。
圖2 凝聚物微滴中捕獲的細菌菌落分布和存活率（圖源：[1]）
作為構建合成/活細胞實體的一步，研究人員將活細菌植入原型細胞，以產生自給自足的ATP生產，并為糖酵解、基因表達和細胞骨架組裝提供長期能量。奇怪的是，由于現場細菌代謝和生長，原生物結構采用了類似阿米巴的外部形態，從而產生了具有集成生命屬性的細胞仿生系統。
通訊作者Stephen Mann教授說:“在合成細胞中達到高度的組織和功能復雜性是困難的，特別是在接近平衡的條件下。希望我們目前的細菌起源方法將有助于增加當前原型細胞模型的復雜性，促進無數生物成分的集成，并使充滿能量的模擬細胞系統得以發展。”
第一作者、布里斯托大學的研究助理Can Xu博士補充說:“我們的生物材料組裝方法為自下而上構建共生生物/合成細胞結構提供了機會。例如，利用工程細菌，應該可以制造復雜的模塊，用于合成生物學的診斷和治療領域，以及一般的生物制造和生物技術。”
參考資料：
[1] Living material assembly of bacteriogenic protocells
