作為生命組成基本單元，如何構(gòu)建人造細(xì)胞一直是“生命起源”的研究中的一個核心科學(xué)命題。人造細(xì)胞是細(xì)胞的簡化模型，是通過自下而上的方式將功能性分子、元件、模塊重建為一個具有完整生命力的最小單位，并能夠在一個相對封閉的微室內(nèi)完成自維持、自復(fù)制、自適應(yīng)，以及能量的產(chǎn)生、傳遞和耗散，從而利用無生命的物質(zhì)來重塑生命。盡管這一領(lǐng)域已經(jīng)取得了重大進(jìn)展，但即使是最高度集成的人造細(xì)胞也與真實(shí)細(xì)胞相差甚遠(yuǎn)。
近期，浙江大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程與儀器科學(xué)學(xué)院田良飛研究員在Trends in Chemistry上發(fā)表了一篇關(guān)于構(gòu)建可自我維持的人造細(xì)胞策略的綜述論文。田良飛研究員基于長期研究探索，在該篇綜述論文提出一個最新觀點(diǎn)：可通過將非平衡態(tài)下的生物化學(xué)反應(yīng)嵌入人造細(xì)胞系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)其在非平衡態(tài)下進(jìn)行代謝反應(yīng)。
對于如何構(gòu)建可自我維持，具有自適應(yīng)能力的人造細(xì)胞系統(tǒng)，作者先后從能量供給模塊的嵌入、復(fù)雜反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建、穩(wěn)態(tài)模塊的構(gòu)建三方面，總結(jié)了近期的成果進(jìn)展。此外，作者還對非平衡態(tài)下人造細(xì)胞的不同行為進(jìn)行了綜述，例如功能性隔室的構(gòu)建及相互作用、人造細(xì)胞間的群體行為、濃度梯度誘導(dǎo)的人造細(xì)胞陣列、人造細(xì)胞的震蕩運(yùn)動等。盡管現(xiàn)有的人造細(xì)胞系統(tǒng)已具有真實(shí)細(xì)胞的部分功能，但是仍存在功能單一、反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)簡單的問題。提高人造細(xì)胞中可重構(gòu)的功能模塊的復(fù)雜性、嵌入具有正負(fù)反饋循環(huán)的反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建具有自我維持、自適應(yīng)特性的功能化人造細(xì)胞系統(tǒng)是未來該領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。
論文第一作者為田良飛課題組的博士后王雪靖，通訊作者為田良飛研究員，論文第一單位為浙江大學(xué)。
原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2589597422002465
