超越生物学：用可编程 DNA 创建动态合成细胞

超越生物学：用可编程 DNA 创建动态合成细胞

在发表于的一项新研究中天然化学北卡罗来纳大学教堂山分校研究员 Ronit Freeman 和她的同事描述了他们操纵 DNA 和蛋白质所采取的步骤； 生命的基本组成部分——； 创造出看起来和行为都像身体细胞的细胞。 这一成就是该领域的首创，对再生医学、药物输送系统和诊断工具的研究具有重要意义。

“有了这一发现，我们可以设想建造对其环境变化敏感并且可以动态表现的材料或组织，”弗里曼说，他的实验室位于北卡罗来纳大学艺术与科学学院应用物理科学系。

细胞和组织由蛋白质组成，这些蛋白质聚集在一起执行任务并形成结构。 蛋白质对于形成细胞框架（称为细胞骨架）至关重要。 没有它们，细胞就无法发挥作用。 细胞骨架使细胞在形状和对环境的反应方面都变得灵活。

弗里曼实验室在不使用天然蛋白质的情况下，构建了具有功能性细胞骨架的细胞，这些细胞骨架可以改变形状并对环境做出反应。 为此，他们使用了一种新的可编程肽-DNA 技术，使肽（蛋白质的组成部分）和重新利用的遗传物质共同作用形成细胞骨架。

DNA 通常不存在于细胞骨架中。 我们对 DNA 序列进行了重新编程，使其充当建筑材料，将肽连接在一起。 一旦将这种编程材料放入一滴水中，结构就开始成形。

Ronit Freeman，北卡罗来纳大学教堂山分校研究员

以这种方式对 DNA 进行编程的能力意味着科学家可以创造出执行特定功能的细胞，甚至可以微调细胞对外部压力源的反应。 虽然活细胞比弗里曼实验室创造的合成细胞更复杂，但它们也更难以预测，更容易受到极端温度等恶劣环境的影响。

“即使在 122 华氏度的温度下，合成细胞也能保持稳定，这开启了在通常不适合人类生命的环境中生产具有非凡能力的细胞的可能性，”弗里曼说。

弗里曼说，她的材料不是为了创造持久耐用的材料，而是根据目的量身定制的——； 执行特定的功能，然后改变自己以执行新的功能。 它们的应用可以通过添加不同的肽或 DNA 设计来对织物或组织等材料中的细胞进行编程来定制。 这些新材料可以集成到其他合成细胞技术中，所有这些技术都具有可能彻底改变生物技术和医学等领域的潜在应用。

“这项研究帮助我们了解生命的构成，”弗里曼说。 “这种合成细胞技术不仅能让我们复制自然界的现象，还能创造出超越生物学的材料。”

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