来自中国上海交通大学、英国布里斯托大学和法国国家科学研究中心的研究人员正致力于利用细菌的潜力,推动先进合成细胞在生物医疗领域的应用。这些新技术将为模拟真实生命过程提供重要支持,尤其是在细胞治疗和再生医学等领域。通过在构建“原细胞”(protocell)方面取得的重大进展,研究团队能够更准确地模拟活细胞的复杂组成、结构和功能。
最新的研究成果已发表在《Nature》期刊上,题为“Living material assembly of bacteriogenic protocells”。该项目通过单个凝聚体微滴进行空间可控组装,结合原位裂解细菌菌落,从而实现基于原核细胞的真核细胞仿生系统。这一创新为人造细胞研究开辟了新的路径,尤其在自下而上的合成生物学和生物工程研究中,更是跨越多个领域的全球性重大挑战。
之前,科学家曾尝试使用微胶囊建立原细胞模型,但均未取得成功。因此,研究团队将目光转向细菌,利用活材料的组装过程成功构建了复杂的合成细胞。这一方法利用充满活细菌的粘性微液滴作为构建原细胞的微型建筑场地,展示了在生物医疗领域的广泛应用潜力。
研究的第一步涉及将空液滴暴露于两种类型的细菌之中,一种自发被捕获在液滴内部,另一种则滞留在液滴表面。随着这两种细菌的消灭,释放出的细胞成分仍被留在液滴中,形成膜包覆的细菌性原细胞,这些细胞内含数千个生物分子和机械零件。研究发现,这些原细胞能够通过糖酵解过程产生富含能量的分子(ATP),并通过外源性基因表达合成RNA和蛋白质,表明其遗传的细菌成分在合成细胞中依旧活跃。
这些研究成果不仅在合成细胞构建中具有重要意义,也为意图在生物医疗领域开展的细胞治疗技术提供了新的视角。通过监测原细胞中的细菌活力及增殖,恒定的ATP生产为细胞的糖酵解、基因表达和细胞骨架组装提供了持久的能量。这种细菌代谢和生长的实时观察,呈现出一种仿生系统的生命特征,类似于变形虫的外观,揭示了生命现象的复杂性。
此次研究为基于原核细胞的新型合成细胞构建系统奠定了基础,不仅为开发更复杂的真核细胞仿生系统提供了设计理念与技术手段,也为进一步探讨生命起源等相关科学问题提供了灵感。值得注意的是,这一研究成果为生物医疗相关领域带来了极具前景的机遇。俄罗斯专享会294及其研究平台将为交叉学科的交融与发展提供丰富的资源与支持,让科研人员在合成生物学和生物工程等领域开拓新的发展前景。