比如细胞核存储了我们的基因组DNA,线粒体是细胞的“能量工厂”。动物、植物、真菌,甚至草履虫都有细胞器;但是细菌没有这样的结构。前者被称为“真核生物”,而细菌被称为“原核生物”,这一两分法自1960年代起就一直在教科书中被广泛使用。
近日,来自寻竹生物科技(又称“小熊猫生物”)和法国国家健康与医学研究院(INSERM)的科学家,领导团队取得了突破性进展,颠覆了这一经典认知,首次在细菌中实现了人工合成细胞器。相关成果于北京时间2022年9月29日晚23时,发表于国际顶尖杂志《细胞》,受到全球瞩目。
寻竹生物科技首席执行官郭昊天博士,与INSERM高级研究员、巴黎交叉科学研究院联合创始人Ariel B. Lindner教授共同带领的团队,采用了一种类似“搭积木”的模块化构建方法。他们设计的核酸分子能够自组装成液态的亚细胞结构,并募集指定的蛋白质,形成各种具有预设功能的合成细胞器。这些合成细胞器可以生长至微米级,甚至比细菌本体更大,推翻了原核生物无法容纳微米级结构的固有假设。
郭昊天博士介绍,此次研究展示了合成细胞器的广泛应用潜力:不仅可以用于基础研究,揭示新的物理和生物学原理,让我们更加深刻地理解细胞器的本质;还可以用于应用领域,高效地调节多样的生理功能和生化反应。例如,用于调控合成代谢途径的细胞器,能将代谢副产物的产量降低到检出线以下。在另一个案例中,合成细胞器则被用于加速细菌的能量供应,从而控制生长。
构建合成细胞器的技术,能够为我们在空间尺度上改造工程菌提供一项灵活、有效的底层工具,在生物合成与制造方面提高产量、降低损耗。此外,细胞器的正常活动会影响很多药物的靶向性,其功能失常也会造成严重的遗传性疾病,细菌合成细胞器也能够提供一个背景清晰的环境,用于研制靶向细胞器的创新药物。对于此次成果,中国科学院院士赵国屏、中国科学院深圳先进技术研究院副院长刘陈立研究员、美国人文与科学院院士帕梅拉·席尔瓦等国内外合成生物学领域的知名专家均给予了高度评价,并认为将促进更多基础科学和应用研究。
据悉,寻竹生物科技有限公司已经开展了这一工作的各类落地应用开发。目前公司为其用户提供合成细胞器的工具包以及各类衍生产品,用于代谢工程优化等多种场景。寻竹生物科技有限公司由海外学者回国创办,是全球首个“生物计算机”公司,开发生物工程改造的软硬件架构和编程语言。立足中国,寻竹生物向全世界用户的研发需求提供合成生物学解决方案。团队成员来自包括清华大学、北京大学、麻省理工学院、苏黎世联邦理工学院、爱丁堡大学等国内外顶尖院校。创始人郭昊天博士曾入选由中国科协征集遴选的2021年度科创中国“青年创业榜”上海地区榜单。
