科学家合成人造细胞的雏形

▲油包水制作的细胞：使用微流控技术产生微小的液滴（上图），然后注入简单代谢的成分（下图）。

▲一种基本的新陈代谢循环：在由表面活性剂稳定的水滴中，葡萄糖（G6P 1）通过脱氢酶（G6PDH）被氧化为乳酸（G6P 2）。这个反应由NAD+转化为NADH驱动，NADH随后由倒膜囊泡（IMVs）回收。

我们一直希望能够用人造细胞来回答生物学中的一些主要问题。日前，来自德国马克斯普朗克复杂技术系统动力学研究所（MPI）和波尔多大学的保罗帕斯卡研究中心（CRPP）的研究人员制作了一个人造细胞的雏形，成功地将简单形式的代谢功能融入到微小的液滴中。至此，人们又向生命的边界迈近了一步。

什么是生命？根据物理学家Erwin Schrödinger的说法，答案很简单：能够进行新陈代谢。这个生化过程使单个细胞或者生物体获得能量，积累或分解物质，无论是对于单细胞生物还是更大的生物体组织，代谢功能对于生存都是至关重要的。

因此，想要合成细胞，合成生物学家必须将新陈代谢整合到一个与环境分离的空间中。CRPP的Jean-Christophe Baret和MPI的Kai Sundmacher已经成功地构建了一个简化的人造细胞，并在这些液滴的内部添加了不同的分子成分模拟代谢反应。虽然这样一个简化的合成细胞看起来与真正的细胞大不相同，但是从技术的角度来看，作为一个模型，我们可以从中开发出更接近自然的更复杂的系统。

人造细胞模型除具有代谢功能外，还需要与环境分离，类似于通过膜与环境分离的细胞。这些单独的隔间可以通过薄膜或液滴来创造。在这项研究中，研究人员使用了“微流控技术”，这种技术可以产生大量的微滴并迅速进行分析。现在科学家们已经能够根据需要精确地调整液滴的大小和构成。

利用微流控模块，研究人员在人造细胞中填充了葡萄糖磷酸和NAD+。前者为人造细胞提供养分，在NAD+存在的情况下，转化为最终产物并释放化学能；后者在代谢反应过程中吸收氢，使其转化为NADH。为了使反应得以维持，科学家们增加了一个模块，通过将NADH还原为NAD+来重新生成NAD+。如果葡萄糖磷酸已经完全耗尽，细胞就会休眠，通过再次使用微注射系统补充营养可以结束休眠。

根据项目负责人Jean-Christophe Baret的说法，人造细胞的新陈代谢具有自然代谢功能的所有基本特征，为进一步的研究提供了平台。利用微流控技术，研究人员可以生产出可控的代谢基本成分，并赋予它们更复杂的功能，进而尝试创造生命。为了以一种与现实非常接近的方式模仿真实细胞，人造细胞也需要复制的能力，拥有储存结构设计的机制。

然而，即使没有复制的能力，这样的人工系统也有可能以类似于生物系统的方式运行。例如，研究人员可以产生具有不同的偏好或不同的营养输出量的液滴，它们还能进行细胞间的营养交换。这样就创造出了一种竞争环境，就像在真实细胞间观察到的那样，液滴细胞会完全按照自己的方式行事。

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  编译：花花 审稿：alone 编辑：张梦

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