合成细胞的前景
十多年来，科学家们在利用非生命分子和材料制造整个细胞的长期梦想方面取得了非凡的进展。此类合成（或“工程化”）细胞的行为方式与我们体内的细胞类似，但它们也具有内置的安全措施，以确保安全和伦理道德。通过研究它们，我们可以改变对生命规则的理解。它们还可用于操纵生物体并在医学和科学领域取得惊人突破。
2010 年，克雷格·文特尔研究所宣布，他们已经创造出了第一个“自我复制的合成细菌细胞”，该细胞含有在细胞外合成然后移植到细胞内的基因组。然后，该细胞能够根据新 DNA 代码的指令进行分裂和繁殖。
自那时起，研究人员的雄心壮志愈发高涨，寻求合成其他细胞成分并从头构建整个细胞。
美国国家标准与技术研究所物理学家伊丽莎白·斯特里查尔斯基说：“我们比以往任何时候都更接近目标。”从零开始创造合成细胞的探索“即使不是在我们家门口，也许，你知道，在我们的邮箱里。”
大部分最新进展依赖于技术进步，这些技术进步使得在实验室中合成长链 DNA 变得更容易、更便宜。
世界各地的科学家也已经找到了生产细胞膜、线粒体和其他细胞成分基本版本的巧妙方法。他们利用新技术来操纵微量液体，开始诱导这些合成细胞部件进行相互作用和交流。
在 NIST，Strychalski 的研究小组正在帮助建立工程生物学（也称为合成生物学）进一步发展的基础测量和标准。
NIST 还与 J. Craig Venter 研究所合作研发“最小细胞”，这是一种简化的合成细胞。它没有多个合成零件和组件，只有基因组是合成的。Strychalski 表示，最小细胞将帮助研究人员实现“了解人类细胞中每个基因的作用”这一目标。
我们与她谈论了她的工作以及她最近在《ACS 合成生物学》杂志上合作撰写的一篇探讨该领域研究现状的论文。
让我们从最基本的问题开始。我们如何才能知道自己已经从头构建出了一个合成细胞？
它可能会具有一些重要的特性，如复制能力、新陈代谢和某种内部组织或区室化。当你开始组装细胞的组成部分时，一些特性就会显现出来，比如对周围环境中某种刺激作出反应的能力和移动的能力。
现在，我们是否要求合成细胞具有全部或部分特性？这仍是一个悬而未决的问题，取决于其应用。但可以肯定的是，这些都是从头开始构建的合成细胞的属性，我们最终会希望将其纳入其中。
这种合成细胞如何用于治疗疾病？
许多导致人们患病的原因都可以归结为细胞无法正常运作。
假设细胞被当作胶囊，我们对它们进行改造，使它们能够感知某种疾病状态。可能是某种有害细菌正在毒害你，或者你的身体缺乏制造某种蛋白质的能力。
合成细胞可以通过杀死有害细菌或帮助你的身体制造所有它需要的分子来解决这个问题，这样你就不会患上这种疾病。
您在期刊文章中写到了合成细胞在太空探索中可能发挥的作用。
构建合成细胞的令人兴奋的事情之一是，我们可以考虑制造能够更好地适应太空环境的合成细胞或类细胞系统，无论是在宇宙飞船中还是在另一个星球的表面。
在资源有限的环境中，细胞还有许多机会被用作工厂，生产产品、药物、建筑材料、食物或任何你可能需要的东西。合成细胞的好处在于，你不必离开地球表面，就可以在太空中培育它们，而在太空中，你可能需要大量的细胞。
我们能否合成设计细胞或类细胞系统来探索自然界现有范围以外的生物多样性？
你知道，我们研究的是地球上细胞的进化过程。我们不知道现在看到的情况有多少是因为它必须以这种方式发生，而不可能以任何其他方式发生。
我们如何才能进入实验室，让时光倒流，并寻找其他可能性？
例如， DNA 中的核酸由四种碱基组成——腺嘌呤 (A)、胸腺嘧啶 (T)、鸟嘌呤 (G) 和胞嘧啶 (C)。在实验室中，我们有可能制造出自然界中找不到的、似乎同样有效的其他碱基。
我们如何确保道德和安全？
至关重要的是，每个人都必须对如何开发这些技术、如何使用这些技术以及谁可以使用这些技术拥有发言权。
我们现在有机会建立安全性，而不是回头再尝试重新建立安全性。所以，我非常赞成从安全心态开始。
例如，我们如何确保合成细胞不能在我们期望的位置之外生长？我们能在合成细胞内建立“终止开关”吗？当它们离开你的身体时，它们可能会感觉到温度差异，从而引发细胞的应激反应，导致它们死亡。
我们还需要采取强有力的筛选措施，以确保订购合成 DNA 代码片段或合成细胞的人不会订购可能有害的东西。
请向我们介绍一下 NIST 在其中所扮演的角色。
我喜欢从控制的角度来思考合成细胞的构建。研究人员正在尝试控制这些系统的功能，并保证其安全。
为了实现这种控制，我们需要自信地定量测量系统正在做什么。否则我们如何知道它已经实现了预期功能？
我们正在思考这些合成细胞如何进行测量。这涉及到构建生物分子电路来进行测量，甚至在生命系统内进行计算。
是什么激励您进行研究？
我们现在正处于生物技术革命之中。我们整个社会都面临着现实问题，我们需要生物技术来帮助我们解决这些问题。
这也是一种探索。一旦我们理解了如何从头开始构建合成细胞，我们就能更好地理解人类的意义。
页:
[1]