科学家接近重建第一个活细胞

研究人员在一个简单的原细胞的重建中,让遗传物质自我复制,这个原细胞可能存在于亿万年前

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现代细胞就像微观城市:它们拥有发电厂(线粒体)、垃圾场(溶酶体)、地方政府(细胞核,其中 DNA 作为法律章程),以及在其边界内进行的许多其他活动。它们还拥有一个边界巡逻队,形式为双层膜,该膜使用一系列蛋白质驱动的泵、孔道和通道,让营养物质进入,并将其他化学物质和物质排除在外。

但是,在 35 亿到 40 亿年前生命开始时,细胞非常不同。它们不像小型大都市,更像是一个装有指令的钱包——仅由一个带有遗传信息的膜组成。它们缺乏现在使其运转的结构和蛋白质。问题是:它们当时是如何吸收生存和繁殖所需的营养物质的?

哈佛医学院的研究人员在《自然》杂志上报告说,他们构建了一个模型,他们认为第一个活细胞的样子,其中包含一条被脂肪膜包围的遗传物质。现代细胞的膜由一层双层的脂肪酸组成,称为磷脂。但在为其细胞设计膜时,科学家们使用了更简单的脂肪酸,他们认为这些脂肪酸存在于远古地球上,当时第一个细胞很可能形成。研究报告的共同作者、哈佛大学遗传学家 Jack Szostak 说,关键是开发出一种足够多孔的膜,以便让所需的营养物质(如核苷酸,构成遗传物质或 DNA 的单位)进入,但又足够强大,可以保护内部的遗传物质并防止其在复制后滑出。

为了复制早期细胞,科学家们将脂肪酸(可能是膜的候选物)和一条 DNA 片段放入一个装有水的试管中。在那里,脂肪酸围绕遗传片段形成环或膜。然后,研究人员向试管中添加了核苷酸——遗传物质的单位——以确定它们是否会穿透膜并复制其中的 DNA。他们的发现:核苷酸确实进入了细胞,附着在 DNA 上并在 24 小时内复制了 DNA。

Szostak 说,科学家现在必须弄清楚的是,最初的 DNA 和复制的 DNA 链是如何分离的,以及这个早期细胞是如何分裂或繁殖的。

他说:“我们正试图逐步解决一系列问题,并构建一个可以复制和进化的系统。”
 
加州大学圣克鲁兹分校的生物分子工程师 David Deamer 说,他认为该团队正在制造一个具有“基本上所有生命基本属性”的原始细胞原型。

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