2026-05-14 22:28:57
记者从中国科学院化学研究所获悉，近日该所乔燕、王树合作团队联合国内外科学家，提出了一种诱发人工细胞不对称分裂的新策略，并基于此构筑了一种具备不对称分裂潜能的特殊人工细胞模型，首次实现了人工细胞的形态功能不对称分裂。相关研究成果的论文北京时间2026年5月13日发表在国际学术期刊《自然》（Nature）上。
研究团队表示，这项研究首次证明，人工细胞可以在没有外部复杂操控的情况下完成不对称分裂，并产生形态功能不同的子代。这为理解生命起源时期类生命功能涌现与原始细胞的形成提供了一个新的实验模型，也为生物制造前沿领域开辟了新方向。
天然细胞有对称和不对称两种分裂方式，其中不对称分裂是将一个细胞分裂成两个不同的子细胞，例如干细胞分裂成一个新的干细胞和一个分化后的功能细胞，是生命体实现细胞分化、器官发育、功能多样化的重要基础。因此构建能够模拟天然细胞分裂行为的人工细胞，是合成生命研究的重要目标。然而，现有人工细胞缺少天然细胞内部的复杂结构域边界和拓扑缺陷，难以实现类似天然细胞“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重要挑战。
针对这一难题，研究团队提出了一种利用瞬态化学不均匀性和界面能梯度驱动人工细胞不对称分裂的全新策略，并基于这一策略设计了一种结构化层状液晶液滴的特殊人工细胞模型，其内部天然类似“洋葱状”的多层结构和层内微小的缺陷，为人工细胞的不对称分裂提供了关键结构基础。
当研究人员向人工细胞中加入碱性磷酸酶后，神奇的一幕发生了：酶首先在含有三磷酸腺苷（ATP）的液滴表面“啃”出一个约1微米宽、2微米深的小窝。随着酶持续作用，小窝并未继续向深处挖掘，而是沿着液滴表面周向扩展，逐渐形成一个清晰的核-壳界面。当小窝张开的角度超过约80°时，内核被完整“挤”出，而外壳则通过边缘融合自动闭合形成一个多层囊泡。最终，母代细胞分裂为两个形态不同的子代细胞：其一继承内核、仍保持多层实心液滴结构，其二为外层剥离重构、内部含水的多层囊泡结构。
人工细胞的不对称分裂不仅能够实现形态上的复制，还能够完成物质的传递与继承。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中，发生不对称分裂后，这些功能分子能够被有效分配至两个子代细胞中，且依然保持良好的活性。更有趣的是，研究发现两个子代在行为上出现了区别：由外壳形成的子代相对疏松，内部的小分子货物会逐渐释放到外部环境；而继承内核的子代则具有更强的物质保留能力。这种行为上的差异体现了人工细胞不对称分裂所带来的功能分化特征，为构建具有“代际功能差异”的人工生命体系提供了新的可能。
乔燕研究员表示，该研究揭示了一种人工细胞不对称分裂的全新机制。这为设计生物制造、生物医用开辟了新的思路。不对称分裂的实现有望推动构建具有生命特征的人工细胞群体，实现子代细胞之间的功能分化与代际传递。
研究团队表示，目前人工细胞还无法像天然细胞一样持续分裂和稳定传代。下一步，研究人员将进一步探索如何赋予人工细胞类似天然细胞的多代增殖能力，并将其与基因表达、代谢反应等功能模块结合。这也将成为未来合成生命领域研究的重要方向。（经济日报记者 沈慧）