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合成生命新突破：中国科学家首创“剥离式”人工细胞分裂

易享资讯

2026-05-20 14:26

5月13日，中国科学院化学研究所乔燕、王树团队联合国内外科学家，在顶刊《Nature》发表重磅成果——在国际上首次实现了人工细胞的形态功能不对称分裂。打破 “人工细胞只能复制粘贴” 的僵局。

这不是简单的细胞分裂，而是人类第一次让人工细胞 “生出不一样的孩子”。

不对称分裂，为什么这么难？

细胞分裂是生命最基本的特征之一，天然细胞分为对称分裂和不对称分类两种方式，其中不对称分裂是生命体实现细胞分化、器官发育、功能多样化的核心机制。比如，干细胞分裂时，会产生一个新的干细胞和一个分化后的功能细胞，一个“留守”、一个“出征”。

然而，人工细胞缺少复杂的结构域边界和拓扑缺陷，分裂时都只能得到两个几乎相同的子代，这成为合成生命领域长期面临的重大挑战。

科学家如何破局？

中国团队把这道题解了！研究团队设计出一种独特的“结构化层状液晶液滴”人工细胞模型，其内部呈“洋葱状”高度有序的多层结构，层内还有微小缺陷，为不对称分裂打下了关键的结构基础。

当科研人员加入碱性磷酸酶之后，酶在液滴表面“啃”出一个约1微米宽、2微米深的小窝；接着，小窝没有继续向深处钻，而是沿着表面向四周扩展，形成清晰的“核—壳”界面；然后逐渐内核被完整“挤出”，外壳则闭合形成一个内部含水的多层囊泡。

最终，一个母细胞分裂为两个完全不同的子代——一个保持多层液晶结构，另一个变成多层囊泡结构。团队将整个过程其形象地称为 “剥离式”不对称分裂。

此外，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，这些活性分子被有效分配到两个子代细胞中，并且出现了明确的分工。

这种功能分化为构建具有“代际差异”的人工生命体系提供了全新的可能。

未来应用前景

这项研究的意义远不止于实验室奇观，为生物制造、生物医药、智能生物传感，以及新功能材料开发等前沿领域提供了新的设计思路。

传统药物载体结构均一，难以兼顾“长效循环”与“病灶释放”这对天然矛盾，或许人工细胞不对称分裂后，一个子代继承致密内核、长效锁住药物，另一个子代形成疏松囊泡、主动释放药物，这有望用于构建序贯释放系统。

当前主流的生物制造体系，无论是以大肠杆菌、酵母为代表的活细胞工厂，还是无细胞合成系统，都面临一个问题：在活细胞中，生长（增殖与维持）与生产（产物合成与积累）共享有限的代谢通量与能量预算。底物竞争、反馈抑制、代谢负担导致的生长迟滞甚至裂解，是工业发酵中长期存在的“增长-产量权衡”。人工细胞两个子代在分裂后自动出现“保留”与“释放”的分工，活出可用于设计微型细胞工厂的分化生产线，打破人工细胞工厂“同质化生产”的瓶颈。

从“能用”到“会用”，再到“会分化”，人工细胞正在一步步走进真正的“生命世界”。尽管距离能够自主增殖和演化的人工生命体系仍有很长的路要走，但这次的突破，无疑为这一征程点亮了一盏新的航灯。

相关论文信息：http://doi.org/10.1038/s41586-026-10489-5

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