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向人工細胞中加入一種酶，它就能像天然細胞一樣“生”出兩個形態(tài)和功能截然不同的子細胞。近日，來自中國科學院化學研究所等單位的科研人員，在國際上首次實現(xiàn)了人工細胞的形態(tài)功能不對稱分裂，為構建可自我繁殖的人工細胞系統(tǒng)開辟了新方向。相關研究成果13日在線發(fā)表于國際期刊《自然》。

不對稱分裂是生命實現(xiàn)細胞分化、器官發(fā)育和功能多樣化的關鍵方式，比如干細胞可同時產生一個新干細胞和一個功能細胞?！叭欢?，現(xiàn)有的人工細胞很難做到‘一個變兩個，且兩個不一樣’，成為合成生命領域的重大挑戰(zhàn)?！闭撐墓餐ㄓ嵶髡摺⒅袊茖W院化學研究所研究員喬燕告訴記者。

為解決這一難題，科研人員設計出一種尺寸與天然細胞相近的結構化層狀液晶液滴人工細胞模型。“這種人工細胞模型內部呈洋蔥狀高度有序的多層結構，層間存在微小缺陷，為人工細胞的不對稱分裂提供了關鍵結構基礎?！眴萄嘟榻B。

有趣的是，當科研人員向人工細胞中加入堿性磷酸酶后，神奇的一幕發(fā)生了。酶首先在含有三磷酸腺苷的液滴表面“啃”出一個約1微米寬、2微米深的小窩，隨著酶持續(xù)作用，小窩并未繼續(xù)向深處挖掘，而是沿著液滴表面向四周擴展形成核-殼界面，然后逐漸將外殼與內核剝離。最終，外殼融合閉合，形成一個內部含水腔的多層囊泡，內核則保留為新的多層液滴。整個過程宛如剝落一層較厚的外皮，被科研人員形象地稱為“剝離式”不對稱分裂。

進一步研究表明，這一分裂機制并不依賴單一酶。用鎂離子、鈣離子等調節(jié)液滴表面的電荷平衡，或者改變體系酸堿度，均可觸發(fā)不對稱分裂。此外，將三磷酸腺苷替換為其他三磷酸核苷，也能觀察到分裂現(xiàn)象?！叭粢旱稳狈ρ笫[狀多層有序結構，加入酶后只會整體解體而不會分裂，說明有序結構是實現(xiàn)不對稱分裂的關鍵基礎；同時，分裂后的子細胞還能繼承母細胞內的活性物質，并表現(xiàn)出功能差異?！眴萄嗾f。

《自然》審稿人評價說，作者在簡單的軟物質體系中發(fā)現(xiàn)了“一種非同尋常的動態(tài)轉變，極具視覺沖擊力”。

論文通訊作者、中國科學院化學研究所研究員王樹表示，隨著學科交叉發(fā)展，人類距離“從零構建”具備生命基本特征的人工細胞系統(tǒng)越來越近。這不僅有望加深人們對生命起源與演化規(guī)律的理解，也將在生物制造、生物醫(yī)藥、智能生物傳感等前沿領域展現(xiàn)廣闊應用前景。

（中國科學院化學所供圖）