2014年1月13日
神奇的塑料细胞

细胞是生命的最基本单元，是非常小的“小机器”，最小的如淋巴细胞，约有6微米，最大的如卵细胞，约有1毫米，一般在10微米到20微米。然而这个“小东西”堪称是一个“庞大的帝国”，如果你把体内的一个细胞放大，就会看到里面居住着1亿亿之多的公民，它们各司其职，在不停地为你工作着。它们有精细而明确的分工，有相互间的协作。细胞为你什么都干，它们使你行走坐卧，帮你有饥饿感而进食、消化食物、储存能量、排出废料；大脑细胞管理着你的全身，使你有感觉并有思想；还有的细胞负责与外界交换信息，防止和消灭外来异物入侵，保持生命环境的稳定。细胞时时刻刻承担和控制着生命的代谢、生长、分化等多种重要的生命过程，它所进行的各种化学反应就是现代最先进的实验室都难以实现。这些既精密又复杂的事，细胞这些小东西干起来却是那样的有条不紊，在生命活动里，细胞的存在堪称是一个奇迹！

科学家更是对细胞充满了特殊的敬意和兴趣，有人非常好奇，能不能用人工的材料和方法把这种具有神奇功能又高效率的“小机器”制造出来呢？这件看起来似乎不可能的事，竟然还真的实现了。

2014年1月13日 ，荷兰奈梅根的雷邦德大学（Radboud University Nijmegen）分子与材料研究所的化学家，也是这项研究的带头人詹·万·赫斯特（Jan van Hest）（ 图1 ）和他的博士生路德·皮特斯成功地制造出了一个“小东西”，成为世界上第一个由塑料制成的“真核细胞”。制造的方法如 图2 所示，从左到右的程序是：先把试剂和反应酶混合起来，制成小颗粒，填入到聚苯乙烯制成的小球中，然后把这些小球再填充到一颗水滴中，用另一种聚合物做成的外壁把它们包裹起来，最后形成一个人造的“塑料细胞”。

如 图3 所示，这个人造的“塑料细胞”也是一个功能分工十分清楚的结构，其中最引人注意的是它的细胞核。令人惊奇的是，当用荧光标记法进行检测时，居然发现这个“小东西”在有条不紊地进行着与自然界中酶类似的多级化学反应，由此表明这个“小东西”有了“真核细胞”类似的功能。

这个成果具有非凡的意义，因为所有复杂的生命形式，都以真核细胞的功能为基础，都在细胞核内进行着多种高效率的化学反应，而世界上第一个由聚合物制成的“真核细胞”，也初步具备了这种功能，将人们的梦想变成了现实。这项成果发表在《应用化学》（ Angewandte Chemie ）杂志的2014年第一期上，并被《自然·化学》（ Nature Chemistry ）杂志做了重点介绍。

在学科的交叉边界上，常有大量的课题可想、可说、可做，科学领域的交界是片“发现”的丰腴沃土。“塑料细胞”正是化学与生物学交叉沃土上的一个果实。在现代化学领域中，“人造细胞”已经逐渐成为一个流行的研究课题。在大量人工细胞的研究中，形成了一个新领域——合成生物学。

在合成生物学中，化学家们千方百计地用各种方式仿制细胞还有另一层原因，他们期望能通过这种方式，更深入地理解真正的活细胞，从而认识生命之本源。这项研究的主要负责人赫斯特说：“通过模拟实验，可以帮助我们更好地理解真正的活细胞。也许有一天，我们可以创造更接近真实的人工合成生命。”这项成果也表明，在生物分子和化学材料科学研究中，现代化学家正期望着向生物学交界上转化，这次成果极有可能对合成化学和合成生物学带来深刻的影响。

这项成果只是一个人造的细胞，或者说是一个由人工制作的、使用最廉价塑料完成的、“最低水平的细胞”，它只是一个生物细胞的模仿物，所模仿的也只是活细胞的一个或几个基本生物功能，还不能与真实的生物细胞相比。尽管它们很低级、很简单，尽管还不能认为它们可以补充甚至代替生物细胞，但它却实现了细胞的核心功能，具有了细胞的核心结构。这就引出了一个长久以来的哲学话题，到底什么是生命？是否因其简单和低级，是用塑料制成的，就不认为它们能算作“生命”？

对于生命的定义，科学家各有不同的解释，但都一致认为，具有生命的细胞至少具备3个特征：承载的容器、新陈代谢功能以及复制、繁殖的能力。细胞膜就是细胞承载的容器；而新陈代谢能力是把基本营养物质吸收进来，并转化为细胞的成分；基因能够传给后代，或随环境变化复制细胞的化学指令。从上述3项标准看，这个塑料细胞还不是真正意义上的人造生命，充其量也只能说是一个能生产蛋白质的“微型工厂”而已。但是无论如何，它标志着人类在探索人造生命的过程中迈出了重要的一步。未来可做的还很多，例如如何让这种人造细胞实现能量自给？如何找到一种能控制细胞内部化学反应进程的方式？在扩大和发展人造规模基础上，合成生物学将引发微分子技术、下一轮人工光合成和生物燃料制造的革命。

关键词： 塑料细胞，plastic cell

图1： http://www.ru.nl/science/education/master-programmes/@955579/our-research/

图2、3： http://www.ru.nl/english/@929865/pagina/ First plastic cell with working organelle Date of news: 13 January 2014 IQJszdoQJhKqGr8Fd8jwr/sDPzS0msy+nnCsLSr3BBYQFFkqgF0N32OwgAILHEq5