起死回生！科學(xué)家利用人工合成基因組復(fù)活死亡細胞，創(chuàng)建出“僵尸細胞”，為合成生物學(xué)打開新大門

撰文丨王聰

編輯丨王多魚

排版丨水成文

創(chuàng)造出首個人工合成生命的J. Craig Venter，又來整活了。這一次，他利用人工合成基因組讓“死亡細胞”起死回生，他將這種創(chuàng)建出的活體人工合成細胞稱為“僵尸細胞”（Zombie cells）。

近日，J. Craig Venter等人在預(yù)印本平臺bioRxiv上發(fā)表了題為：Selection-free whole genome transplantation revives dead microbes 的研究論文。

該研究展示了將一個物種的合成完整基因組移植替換“死亡細胞”基因組，從而創(chuàng)建出活體人工合成細胞。研究團隊首先使用絲裂霉素 C（MMC）滅活山羊支原體（Mycoplasma capricolum）的基因組使其“死亡”，然后通過全基因組移植（Whole Genome Transplantation，WGT）技術(shù)將人工合成的絲狀支原體（Mycoplasma mycoides） 基因組植入這些死亡細胞，從而讓其“起死回生”并獲得新的遺傳身份。重要的是，該研究摒棄了依賴抗生素抗性標記篩選的限制，從而排除了受體細胞通過同源重組帶來的假陽性結(jié)果。

這項研究展示了全面滅活受體細胞基因組的通用方案，報道了首個由非生命部件構(gòu)建而成的活體人工合成細菌細胞，并推進了全基因組移植（WGT）技術(shù)以構(gòu)建用于各種應(yīng)用的工程細胞或合成細胞。

早在 2010 年，J. Craig Venter團隊通過化學(xué)方法合成了絲狀支原體（Mycoplasma mycoides） 108 萬堿基對的基因組，然后將其移植到近親山羊支原體（Mycoplasma capricolum）中。

他們在合成基因組中添加了一個基因，從而使其具有了對抗生素四環(huán)素的抗性。因此，將合成基因組移植到山羊支原體后，在含有四環(huán)素的環(huán)境中進行培養(yǎng)，只有成功吸收了合成基因組的細胞才能存活。這些存活的細胞也就是世界上首個人工合成細胞，研究團隊將其命名為JCVI-syn1.0。

2016 年的一項研究，成功地在柔膜菌綱細菌之間進行了基因組移植，然而，在更廣泛的細菌門類間進行基因組移植的努力均以失敗告終，那些看似成功的案例，后來被證實是假陽性，在那些研究中，受體細胞的基因組能夠通過同源重組將移植的供體基因組中的抗生素抗性基因整合到自身基因組中，這意味著即使受體細胞沒有吸收整個移植的供體基因組，它們也能獲得抗生素抗性，從而在抗生素篩選中存活下來，這嚴重限制了全基因組移植（WGT）技術(shù)的應(yīng)用。

為了找到一種能夠?qū)崿F(xiàn)全基因組移植（WGT），而又無需擔(dān)心假陽性問題的方法，研究團隊使用了一種新方法——使用絲裂霉素 C（MMC）處理細胞，徹底解決了假陽性難題。

絲裂霉素 C（MMC）本是一種化療藥物，能夠不可逆破壞細胞基因組，使其失去復(fù)制能力。MMC 處理的山羊支原體（Mycoplasma capricolum），在功能上“死亡”，也就防止了它們的基因組通過同源重組將諸如抗生素抗性基因之類的外來 DNA 整合到基因組中。而這些“死亡細胞”的轉(zhuǎn)錄和翻譯系統(tǒng)（包括 RNA 聚合酶、核糖體等關(guān)鍵分子機器）仍然保持完整，因此，它們雖然在功能上“死亡”了，但生物合成系統(tǒng)仍可運轉(zhuǎn)。

研究團隊證實，絲狀支原體（Mycoplasma mycoides）的合成基因組（JCVI-syn1.0）被移植到 MMC 處理過的山羊支原體（Mycoplasma capricolum）“死亡細胞”后，奇跡發(fā)生了——合成基因組接管了“死亡細胞”的生物合成系統(tǒng)，重新啟動了生命活動，使這些原本已注定死亡的細胞重新恢復(fù)了分裂繁殖的能力。研究團隊進一步證明，這些存活的細胞接受了完整的合成基因組。研究團隊將這些復(fù)活的細胞稱為——僵尸細胞（Zombie cells）。

值得一提的是，這種新方法（2.5μg/mL 的低劑量 MMC 處理2小時，有效滅活受體細胞基因組，但保留其轉(zhuǎn)錄、翻譯等功能）極大地提升了全基因組移植（WGT）技術(shù)的效率，傳統(tǒng)的 WGT 技術(shù)需要從約 1.5 億個活受體細胞中才能獲得一個成功的移植細胞，而采用新方法后，每 288 個受體細胞就能產(chǎn)生一個成功的移植細胞，效率提高了超過 50 萬倍。

通過移植 JCVI-syn1.0 基因組復(fù)活的山羊支原體

這項工作的兩個關(guān)鍵突破具有深遠意義——

首先，這是第一次使用非生命部件組裝出活體人工合成細菌細胞——受體細胞的基因組被滅活，只剩細胞膜以及合成、翻譯等系統(tǒng)，當(dāng)供體合成基因組導(dǎo)入后，重啟了整個生命系統(tǒng)。

其次，該研究解除了全基因組移植（WGT）技術(shù)廣泛應(yīng)用的最大障礙：同源重組導(dǎo)致的假陽性。未來，任何細胞（物種）只要具備完整的轉(zhuǎn)錄、翻譯系統(tǒng)，理論上都可以作為全基因移植的受體，從而創(chuàng)造出具有特定功能的人造生命形式，用于藥物生產(chǎn)、基因治療、環(huán)境修復(fù)、生物燃料生產(chǎn)等領(lǐng)域。

論文鏈接：

https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.03.13.711674v1