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早在2016年，科學(xué)家克萊格·文特爾等人宣布合成出“迷你”細(xì)胞，創(chuàng)造了當(dāng)時(shí)已知擁有最小基因組的人造生物。這個(gè)像細(xì)菌一樣的單細(xì)胞僅含有473個(gè)基因，數(shù)量比大腸桿菌要低上一個(gè)數(shù)量級(jí)！這些細(xì)胞被命名為JCVI-syn3.0，能在瓊脂上生長(zhǎng)和分裂，生成名為菌落的細(xì)胞簇。論文一經(jīng)發(fā)表，就得到了科學(xué)界的廣泛討論，認(rèn)為這是合成生物學(xué)領(lǐng)域的一大突破。

然而文特爾團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，這個(gè)人造生物并非盡善盡美，比如在生長(zhǎng)和分裂時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生異常，形成的子細(xì)胞形態(tài)各異，看起來(lái)很病態(tài)。2021年3月30日，頂尖學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》在線發(fā)表了一篇論文，對(duì)這種人造生物進(jìn)行了優(yōu)化，讓它能夠類(lèi)似正常細(xì)胞般分裂?！犊茖W(xué)》雜志同日也刊發(fā)新聞報(bào)道這個(gè)發(fā)現(xiàn)，提到這又是一個(gè)重要的進(jìn)展。

前面說(shuō)到人造細(xì)胞在生長(zhǎng)和分裂時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生異常，為什么會(huì)這樣呢？研究人員們回過(guò)頭去審視他們創(chuàng)造的細(xì)胞。他們發(fā)現(xiàn)在過(guò)去產(chǎn)生的各種不同的精簡(jiǎn)版里，有一個(gè)版本雖然只和第一版少了76個(gè)基因，但也會(huì)在細(xì)胞分裂過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題。也就是說(shuō)，決定細(xì)胞分裂成功是否正常的關(guān)鍵，就藏在這76個(gè)基因里。在多年辛苦的探索之下，研究人員們找到了19個(gè)維持正常細(xì)胞分裂所需的基因。當(dāng)把關(guān)鍵的一些基因引入到2016年的JCVI-syn3.0里后，雖然總基因數(shù)依舊不足500個(gè)，但細(xì)胞分裂看起來(lái)正常多了。

有意思的是，不少基因的功能并沒(méi)有得到闡明。在論文的摘要中，研究人員們提到有一些基因編碼了水解酶，但不知道底物是什么。還有四條基因編碼了膜相關(guān)蛋白，但功能完全不明確。這些結(jié)果也表明細(xì)胞正常分裂需要多個(gè)基因的參與，且我們還沒(méi)有搞清其中的所有細(xì)節(jié)。

說(shuō)完能正常分裂的人造細(xì)胞，再來(lái)看看產(chǎn)生一氧化氮的人造細(xì)胞：

2020年11月，湖南大學(xué)劉劍波副教授和英國(guó)布里斯托大學(xué) Stephen Mann 院士作為共同通訊作者，合作報(bào)道了一種產(chǎn)生一氧化氮的人造細(xì)胞，具有血管舒張的生理效應(yīng)，相關(guān)研究成果以題為 “Enzyme-mediated Nitric Oxide Production in Vasoactive Erythrocyte Membrane-enclosed Coacervate Protocells” 的文章在線發(fā)表在《Nature Chemistry》上。

該工作基于液液相分離技術(shù)制備了凝集體液滴，以其作為載體包載葡萄糖氧化酶，并在其表面包覆紅細(xì)胞膜磷脂碎片，構(gòu)建了具有紅細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的人造細(xì)胞。紅細(xì)胞膜的包被提高了凝集體人造細(xì)胞的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)了人造細(xì)胞在體內(nèi)的血液循環(huán)時(shí)間。人造細(xì)胞中的葡萄糖氧化酶利用體內(nèi)的葡萄糖產(chǎn)生過(guò)氧化氫，過(guò)氧化氫在紅細(xì)胞膜上血紅蛋白的催化下將藥物分子羥基脲轉(zhuǎn)化為一氧化氮信號(hào)分子。體外實(shí)驗(yàn)和活體動(dòng)物實(shí)驗(yàn)均證實(shí)了所產(chǎn)生一氧化氮的血管舒張生理效應(yīng)。

一氧化氮確實(shí)是一種神奇的小分子，它廣泛分布于生物體內(nèi)神經(jīng)、循環(huán)、呼吸、消化、泌尿生殖等系統(tǒng)中，特別是神經(jīng)組織中較豐富。它作為細(xì)胞間及細(xì)胞內(nèi)的信息物質(zhì)，發(fā)揮信號(hào)傳遞的作用，是一種新型的生物信使分子，在機(jī)體的生理、病理過(guò)程中起著重要的作用。

因此，受到人們的普遍重視。Abbkine貨號(hào)KTB1400的一氧化氮分析試劑盒可精確測(cè)量NO。

目前心血管疾病死亡已占城鄉(xiāng)居民總死亡原因的首位，一氧化氮是維持血管張力的氣體信號(hào)分子。該工作發(fā)展的基于人造細(xì)胞的一氧化氮供給策略在心血管疾病預(yù)防與治療方面具有潛在的應(yīng)用前景。