5年前，研究人员高调宣布，他们设计出了一种精简的微生物细胞。和其他已知的有机体相比，这种细胞能以更少的基因生存，但这个“最小细胞”往往分裂异常。现在，通过放回7个基因，一个团队修正了这些细胞，使它们能像自然细胞一样生长。3月29日，相关成果发表于《细胞》。
美国明尼苏达大学合成生物学家Kate Adamala说，这一发现能让科学家更了解正常细胞的哪些功能至关重要，以及许多神秘的基因在做什么。“这或许可以帮助识别未知基因的功能。”
密歇根大学安娜堡分校微生物学家Anthony Vecchiarelli表示，“我们需要知道，重建生命所需的最小部件清单是什么。”此外，“最小细胞”还可以通过阐明哪些能力对原始细胞至关重要，从而帮助人们深入了解生命的起源。
基因组测序先驱J. Craig Venter和同事创造了第一个“最小细胞”。他们从支原体微生物开始研究，这是一种非常微小的寄生虫——拥有525个基因(大肠杆菌大约有4000个基因)。2010年，研究小组报告说，用一个合成基因组替换一种支原体基因组，能使这个被称为syn1.0的细胞发出咕噜声。之后，科学家继续从syn1.0的基因组中去除DNA片段，并在2016年公布了一个更精简的版本syn3.0，它可以通过473个基因进行代谢和繁殖。
但是，这个细胞的许多后代都是畸形的。为检查实验室条件是否会对脆弱的合成细胞造成压力，美国国家标准与技术研究所合成生物学家Elizabeth Strychalski领导的研究小组将细胞置于微流体芯片中，一方面保护细胞免受营养介质中电流的伤害，一方面能让研究人员看到细胞分裂过程。
然而，这种温和“治疗”并没有什么作用。“当我们观察单个细胞时，发现这是一场大混乱。”Strychalski说。这些细胞本来应该是小球体，但有些却像庞然大物，周长约为正常细胞的25倍。其他的看起来则像是线或是珍珠串。研究人员总结说，粗暴处理并不是问题所在，而是源于帮助控制繁殖和细胞形状的基因被移除。
当时还不清楚究竟是哪些基因缺失造成了这种情况，但实验室冰箱里有线索。为创建syn3.0，Venter和同事生成了许多缺乏syn1.0部分基因组的其他细胞株。当Strychalski和团队解冻其中一个丢失了76个syn1.0基因的菌株时，它也产生了形状异常的后代。“它帮助我们把基因从400个缩小到76个。”论文作者之一、麻省理工学院生物物理学家James Pelletier说。
通过添加基因组合来确定最终产生的细胞是否正常分裂，研究人员将所需基因数量减少到19个，然后进一步缩减。现在，他们报告说，只要在syn3.0中加入7个基因，就可以恢复正常分裂。
人们已经知道其中两个基因在细胞分裂中发挥作用，但其他5个基因的参与令人意外——它们在微生物分裂中的作用仍然未知。
“修正后的‘最小细胞’可以帮助阐明这一仍然神秘的过程。”Strychalski说。
相关论文信息：
https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.03.008
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