北京時(shí)間2026年5月13日，中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所喬燕、王樹合作團(tuán)隊(duì)聯(lián)合國(guó)內(nèi)外科學(xué)家，在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》上發(fā)表實(shí)現(xiàn)人工細(xì)胞形態(tài)功能不對(duì)稱分裂的突破性研究成果。研究團(tuán)隊(duì)提出了一種基于瞬態(tài)化學(xué)不均勻性和界面能梯度誘發(fā)人工細(xì)胞不對(duì)稱分裂的新策略，構(gòu)筑了具備不對(duì)稱分裂潛能的結(jié)構(gòu)化層狀液晶液滴人工細(xì)胞模型，在沒有外部復(fù)雜操控的情況下完成不對(duì)稱分裂，并產(chǎn)生形態(tài)功能不同的子代，不僅為理解類生命功能涌現(xiàn)與原始細(xì)胞的形成提供了新的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，也為“從零?gòu)建”具備生命基本特征的人工細(xì)胞系統(tǒng)以及生物制造前沿領(lǐng)域提供了新思路。

天然細(xì)胞有對(duì)稱和不對(duì)稱兩種分裂方式，其中不對(duì)稱分裂是將一個(gè)細(xì)胞分裂成兩個(gè)不同的子細(xì)胞，例如干細(xì)胞分裂成一個(gè)新的干細(xì)胞和一個(gè)分化后的功能細(xì)胞，是生命體實(shí)現(xiàn)細(xì)胞分化、器官發(fā)育、功能多樣化的重要基礎(chǔ)。因此構(gòu)建能夠模擬天然細(xì)胞分裂行為的人工細(xì)胞，是合成生命研究的重要目標(biāo)。然而，現(xiàn)有人工細(xì)胞缺少天然細(xì)胞內(nèi)部的復(fù)雜結(jié)構(gòu)域邊界和拓?fù)淙毕?，難以實(shí)現(xiàn)類似天然細(xì)胞“一個(gè)變兩個(gè)且兩個(gè)不一樣”的不對(duì)稱分裂，成為合成生命領(lǐng)域長(zhǎng)期面臨的重要挑戰(zhàn)。

針對(duì)這一難題，研究團(tuán)隊(duì)提出了一種利用瞬態(tài)化學(xué)不均勻性和界面能梯度驅(qū)動(dòng)人工細(xì)胞不對(duì)稱分裂的全新策略?；谶@一策略，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種層狀液晶液滴結(jié)構(gòu)的特殊人工細(xì)胞模型，其內(nèi)部天然具有洋蔥狀多層結(jié)構(gòu)和層內(nèi)微小結(jié)構(gòu)缺陷，為人工細(xì)胞的不對(duì)稱分裂提供了關(guān)鍵結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。隨后，科研人員向人工細(xì)胞中加入堿性磷酸酶，母代細(xì)胞分裂為兩個(gè)形態(tài)不同的子代細(xì)胞。這一過程完全不同于以往的對(duì)稱分裂，研究團(tuán)隊(duì)將其形象地稱為“剝離式”不對(duì)稱分裂。

這種分裂機(jī)制觸發(fā)并非僅限于堿性磷酸酶這一種酶?？蒲腥藛T進(jìn)一步利用鎂、鈣等多價(jià)陽(yáng)離子調(diào)節(jié)表面的靜電相互作用，同樣成功觸發(fā)了人工細(xì)胞的不對(duì)稱分裂。此外，通過降低體系酸堿值促進(jìn)ATP質(zhì)子化，也能夠?qū)崿F(xiàn)類似的分裂行為，這表明該分裂機(jī)制具有較好的普適性。此外，與之形成鮮明對(duì)比的是，對(duì)于缺乏液晶有序結(jié)構(gòu)的人工細(xì)胞，加入堿性磷酸酶后僅會(huì)導(dǎo)致整體解體，而不會(huì)發(fā)生不對(duì)稱分裂現(xiàn)象，說明多層液晶有序結(jié)構(gòu)及層內(nèi)微小結(jié)構(gòu)缺陷，是實(shí)現(xiàn)人工細(xì)胞不對(duì)稱分裂的關(guān)鍵基礎(chǔ)。

喬燕研究員說：“我們的研究揭示了一種人工細(xì)胞不對(duì)稱分裂的全新機(jī)制。這不僅為理解類生命功能涌現(xiàn)與原始生命的形成提供了新的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停矠樵O(shè)計(jì)生物制造開辟了新的思路。不對(duì)稱分裂的實(shí)現(xiàn)有望推動(dòng)構(gòu)建具有生命特征的人工細(xì)胞群體，實(shí)現(xiàn)子代細(xì)胞之間的功能分化與代際傳遞?！?/p>

研究團(tuán)隊(duì)表示，目前人工細(xì)胞還無(wú)法像天然細(xì)胞一樣持續(xù)分裂和穩(wěn)定傳代。下一步，研究人員將進(jìn)一步探索如何賦予人工細(xì)胞類似天然細(xì)胞的多代增殖能力，并將其與基因表達(dá)、代謝反應(yīng)等功能模塊結(jié)合。這也將成為未來(lái)合成生命領(lǐng)域研究的重要方向。

王樹研究員認(rèn)為，隨著化學(xué)、材料科學(xué)和合成生物學(xué)等領(lǐng)域的不斷交叉發(fā)展，人類距離“從零構(gòu)建”具備生命基本特征的人工細(xì)胞系統(tǒng)越來(lái)越近。這不僅有望加深人們對(duì)生命起源與演化規(guī)律的理解，也將在生物制造、生物醫(yī)藥、智能生物傳感，以及新型功能材料開發(fā)等前沿領(lǐng)域展現(xiàn)廣闊應(yīng)用前景。