從零開始構建合成細胞：中國學者劉陳立領銜，發布亞洲合成細胞路線圖

編輯丨王多魚

排版丨水成文

合成生物學的一個核心目標是從零開始構建合成細胞——一種被磷脂包裹的系統，能夠自主表達基因、進行完整的代謝、自我復制，并持續生長和分裂。合成細胞通過實現精確可預測的功能，有助于加深我們對生命機制的理解，其在生物制造、醫學和生物技術領域具有巨大潛力。這一愿景推動了全球研究界的共同努力，歐洲和美國率先開展了多項開創性計劃，例如 MaxSynBio、Build-a-Cell、BaSyC 和 EVOLF，通過模塊化設計和跨機構合作奠定了關鍵基礎。

而現在，由中國、日本、韓國、新加坡、泰國和馬來西亞的 100 多個實驗室組成的“亞洲合成細胞聯盟”（SynCell Asia Initiative）開始致力于加速全球合成細胞研究進程。

2026 年 5 月 26 日，中國科學院深圳先進技術研究院劉陳立研究員領銜的“亞洲合成細胞聯盟”（SynCell Asia Initiative）在Nature Biotechnology期刊上發表了題為：A framework for building a synthetic cell from the SynCell Asia initiative 的文章，介紹了一個雄心勃勃的路線圖——從零開始構建一個完全由人工設計的、能夠自我維持和復制的“合成細胞”。這不僅是生物學和工程學的極限挑戰，更可能徹底改變生物制造、醫療和我們對生命本質的理解。

為什么要造一個“合成細胞”？

合成生物學的一個終極目標，就是“自下而上”地構建一個合成細胞——一個被磷脂膜包裹，能夠自主進行基因表達、完整新陳代謝、自我復制并持續生長和分裂的系統。

與改造現有生物體不同，從零開始構建，讓我們能精確設計細胞功能，深入理解生命運作的基本原理，并創造出自然界不存在的“生命機器”，用于生產藥物、新材料或環境修復。

四大核心挑戰：造細胞比造火箭還難

然而，從無到有地創造一個生命體，面臨著四大根本性挑戰——

能量與物質的“永動機”難題：現有系統依賴預先加載的“燃料”（例如 ATP、核苷酸），它們很快就會被耗盡。如何讓細胞自己持續生產并循環利用這些必需資源，維持遠離平衡的活躍狀態，是一大瓶頸。

蛋白質“工廠”核糖體的組裝困境：核糖體是細胞的蛋白質合成工廠，其組裝需要多種輔助因子和精確的空間定位。在人工系統中重建能自主循環工作的核糖體極其困難。

模塊設計的“未知法則”：我們了解一些細胞過程的原理，例如膜生長需要脂質合成，細胞分裂需要膜彎曲。但如何將這些過程精確耦合、協調控制，轉化為可預測、可操控的工程模塊，仍缺乏設計規則。

系統級的“時空交響樂”：如何讓 DNA 復制、染色體分離和細胞分裂在人工環境中像交響樂一樣精準同步？目前的合成系統缺乏這種多層級的時空調控能力。

亞洲方案：兩步走路線圖

面對這些復雜挑戰，SynCell Asia沒有選擇單打獨斗，而是提出了一個清晰的“兩步走”戰略，和一項革命性的基礎設施——集中化、AI 驅動的生物鑄造廠（Biofoundry）。

第一階段：打造“原始細胞”（ProtoCell），目標是在未來幾年內，集成四大核心功能模塊（代謝、基因組復制與分離、分裂機器、膜系統），構建一個類似最小原核生物的“原細胞”。它將具備：

• 穩定的磷脂膜囊泡（1-50 微米）。

• 能復制的最小基因組（≥200 個基因）。

• 可控表達 90% 以上必需蛋白質。

• 內部合成關鍵代謝物（例如 ATP、氨基酸）的能力。

• 初步的“數字孿生”模型，用于模擬和預測細胞行為。

第二階段：實現“自主細胞”（AutoCell），目標是將“原始細胞”升級為能自我維持、自主復制甚至進化的“自主細胞”。關鍵突破包括：

• 用基因組編碼的、能自我再生的核糖體系統，取代外部的蛋白質合成機器。

• 實現超過 10 輪連續、協調的生長-分裂周期。

• 通過定向進化，讓合成細胞適應不同環境或獲得新功能。

• 讓多個“自主細胞”組成群體，分工協作，實現更復雜的多細胞功能。

核心引擎：生物鑄造廠

如何管理這無數次的“設計-構建-測試-學習”循環？傳統分散的實驗室模式效率太低。SynCell Asia 的核心創新是建立一個集中化的生物鑄造廠（Biofoundry）。它就像一個“細胞組裝中央工廠”：

• 標準化生產：高通量、自動化地生產標準化的“細胞底盤”（裝載特定蛋白質和成分的囊泡）。

• 分布式實驗：各參與團隊在標準化工作站接收這些“底盤”，進行自主實驗，確保既靈活又可重復。

• AI 驅動優化：結合自動化實驗、單細胞多組學數據和機器學習，形成閉環，加速設計迭代，從海量數據中發現隱藏規律。

• 全球協作平臺：作為一個開放樞紐，促進協議、數據和資源的全球共享。

亞洲合成細胞技術路線圖的 10 年計劃

超越科學：一場跨學科的全球協作

構建合成細胞不僅是生物學家的事，它需要理論物理、計算機科學、人工智能甚至倫理學和社會科學家的共同參與。SynCell Asia 也積極與歐美現有的“Build-a-Cell”等倡議對齊合作，旨在統一零件標準、共同制定基準，使合成細胞的追求成為一個協同整合的全球里程碑。

從“原始細胞”到“自主細胞”，這條路充滿挑戰，但也閃耀著無限可能。SynCell Asia 的藍圖，不僅是一份科研計劃，更是一份面向未來的宣言。它代表著人類用工程思維理解并重塑生命的一次大膽進擊。當第一個真正意義上的合成細胞誕生時，我們開啟的將不僅僅是一個新的技術時代，更是一個重新審視生命奧秘的新視角。

https://www.nature.com/articles/s41587-026-03153-w