生命复制新篇章：人工细胞实现“一分为二且各不相同”
构建能够模拟乃至再现天然生命基础特征的人工细胞，是合成生物学领域的核心目标之一。近期，一项由中国科研团队主导的研究取得了里程碑式进展，成功实现了人工细胞在形态与功能上的不对称分裂，这被视作向“从零构建”生命迈出的关键一步。
这项突破性成果由中国科学院化学研究所乔燕研究员、王树研究员团队，联合北京化工大学及英国布里斯托大学的合作者共同完成。相关研究论文已于国际顶级学术期刊《自然》正式发表。研究团队提出并验证了一种全新的驱动策略，使得人工细胞能够自发地分裂为两个结构、性能迥异的子代，这在全球范围内尚属首次。
从对称到不对称：破解合成生命的关键难题
在自然界中，细胞分裂是生命繁衍和功能多样化的基础。其中，不对称分裂扮演着至关重要的角色，例如干细胞通过这种方式产生一个维持自我更新的干细胞和一个走向分化的功能细胞。然而，与结构精巧、调控复杂的天然细胞相比，现有的人工细胞模型普遍缺乏内部的结构域边界和拓扑缺陷，难以实现“一个变两个且两个不一样”的不对称分裂，这成为合成生命领域长期面临的主要挑战。
研究团队此次提出的新策略，核心在于利用“瞬态化学不均匀性”和“界面能梯度”来驱动分裂。具体而言，他们设计了一种结构化的层状液晶液滴作为人工细胞模型，其内部呈现类似洋葱的高度有序多层结构。当特定的生化分子（如碱性磷酸酶）在人工细胞界面上发生受限扩散与动态富集时，便会在局部形成短暂、不均一的化学环境，从而建立起定向的化学势与界面能梯度。这一梯度最终诱导细胞内部结构沿特定方向发生选择性失稳与剥离。
研究团队强调，这种机制与传统依赖整体调控的对称分裂截然不同，其精髓在于“局部扰动触发整体重构”。借助高分辨率的实时影像记录，可以清晰地观察到母代细胞分裂为一个继承内核、保持多层液晶结构的子代液滴，以及一个由外层剥离重构、内部含水的多层囊泡。研究人员将这一独特过程形象地称为“剥离式”不对称分裂。
机制普适性与功能分化的初步展现
为了验证新策略的可靠性，研究团队进行了多角度的测试。他们发现，除了碱性磷酸酶，通过引入镁、钙等多价阳离子调节表面静电作用，或是改变体系酸碱度促进三磷酸腺苷质子化，甚至替换其他类型的三磷酸核苷，均能成功触发人工细胞的不对称分裂。这充分表明了该机制具有良好的普适性，并非依赖于某一特定生化分子。
与此同时，研究也揭示了实现不对称分裂的结构基础至关重要。对于缺乏内部液晶有序结构的普通人工细胞，加入相同的碱性磷酸酶仅会导致其整体解体，而无法发生有序的不对称分裂。这证明了多层液晶有序结构及其内在边界是实现这一过程的关键物理基础。
更令人瞩目的是，这项研究实现的不对称分裂并非仅停留在形态复制层面。研究团队预先将辣根过氧化物酶等功能分子封装在母体细胞内，分裂发生后，这些功能分子被有效分配至两个子代细胞中，并保持了良好的生物活性。进一步观察发现，两个子代表现出不同的行为特征：由外壳形成的囊泡子代结构相对疏松，内部的生物分子会逐渐释放到外部环境；而继承内核的液滴子代则表现出更强的物质保持能力。这种初步的功能分化特征，为未来构建具有代际差异的人工生命体系打开了新的想象空间。
迈向“类生命”系统：未来展望与应用前景
这项研究首次证明，无需外部复杂操控，人工细胞便能自主完成不对称分裂并产生形态功能各异的子代。国际审稿人评价认为，这项在简单软物质体系中发现的非凡动态转变，将引发脂质分子自组装、非平衡化学及人工细胞研究等多个交叉领域的广泛兴趣。
乔燕研究员指出，该项工作揭示的全新机制，有望推动构建具有初级生命特征的人工细胞群体，实现子代细胞间的功能分化与代际信息传递。王树研究员则认为，随着化学、材料科学和合成生物学等学科的深度交叉融合，人类距离“从零构建”具备生命基本特征的人工细胞系统正越来越近。这不仅有助于深化对生命起源与演化规律的理解，未来也将在生物制造、生物医药、智能生物传感及新型功能材料开发等前沿领域展现出广阔的应用潜力。
当然，目前的人工细胞还无法像天然细胞一样实现持续、稳定的多代增殖。研究团队表示，后续工作将重点探索如何赋予人工细胞类似的生命周期与增殖能力，并将其与基因表达、代谢反应等更复杂的生命功能模块相结合。这无疑是合成生命领域下一个激动人心的研究方向。对于关注前沿科技动态的业界人士与公众而言，通过PA官方网站等渠道获取此类突破性进展的深度解读，已成为把握未来产业脉动的重要方式。随着以PA视讯·集团官网为代表的科技信息平台持续聚焦，合成生命领域的每一步进展都将得到更广泛的传播与讨论，激发更多跨领域的创新思考。