人工细胞实现不对称分裂 合成生命研究获关键突破

在生命科学研究中，细胞分裂是维持生命延续与创造多样性的核心过程。天然细胞通过对称与不对称两种分裂方式进行增殖，其中不对称分裂能够将一个母细胞分化成两个在形态和功能上截然不同的子细胞，这对生物体的组织发育与细胞分化具有决定性意义。然而，长期以来，人工模拟这一精密生命行为面临重大技术瓶颈，主要原因在于现有的大多数人工细胞模型难以复现天然细胞内部的高度结构化区域与拓扑缺陷。

近期，一项具有里程碑意义的研究成功突破了这一限制。中国科学院化学研究所携手国内外科研团队，创新性地提出了一种基于瞬态化学不均匀性与界面能梯度驱动的人工细胞不对称分裂新策略。该团队成功构建了一种结构化的层状液晶液滴人工细胞模型，并首次完整记录了其自发分裂为液滴与囊泡这两种结构、性质迥异的子代细胞的动态全过程。

关键结构：层状液晶液滴模型

此项研究的核心突破在于其独特的人工细胞设计。该模型采用层状液晶液滴作为基本架构，其内部天然具备规则排列的层状结构以及层间微尺度的拓扑缺陷。这一精巧设计为后续实现不对称分裂奠定了不可或缺的结构基础，是迈向模拟天然细胞复杂内部微环境的关键一步。

分裂过程：酶促作用下的动态演变

整个分裂过程由酶的催化作用启动。当研究人员向人工细胞体系中引入碱性磷酸酶后，酶首先在富含三磷酸腺苷（ATP）的液滴表面区域发生作用，“蚀刻”出一个宽度约1微米、深度约2微米的初始凹陷。随着酶促反应的持续进行，该凹陷沿液滴表面周向扩展，逐渐形成一个界限分明的核-壳界面。当凹陷张开角度超过大约80°时，内部核心被完全“挤出”，而外部壳层则通过边缘融合实现自主闭合，最终形成一个独立的多层囊泡。至此，一个母代人工细胞成功实现了向两个形态与功能完全不同的子代细胞的分裂。

机制普适性与未来展望

为验证此分裂机制的广泛适用性，研究团队进行了拓展性实验。他们将体系中的ATP替换为其他三磷酸核苷，如三磷酸胞苷（CTP）、三磷酸鸟苷（GTP）和三磷酸胸苷（TTP），结果均能观察到类似的不对称分裂现象。这充分表明，该分裂机制具有良好的底物普适性，其驱动原理并不依赖于某一种特定的生物分子。

这项研究的成功首次证实，人工细胞能够在无需外部复杂操控的条件下，自主完成不对称分裂并产生异质子代。这不仅为探索生命起源初期原始细胞的形成及其类生命功能的涌现提供了一个全新且高度可控的实验模型，也为合成生物学与先进生物制造领域开辟了崭新的研究方向。展望未来，研究团队计划进一步探索如何赋予人工细胞类似天然细胞的多代自我增殖能力，并将其与基因表达网络、代谢反应回路等功能模块进行整合，这将成为推动合成生命领域向前发展的关键着力点。