據外媒報導，新發現揭示了控制生命最基本過程的機制。五年前，科學家們創造了一種單細胞合成有機體，它只有473個基因，是已知的最簡單的活細胞。然而，這種細菌樣的有機體在生長和分裂時表現得很奇怪，產生的細胞形狀和大小大不相同。

現在，科學家們已經確定了七種基因，它們可以被添加到這些細胞中從而使它們整齊地分裂成均勻的球體。相關研究報告已發表在《Cell》上。

識別這些基因是工程合成細胞發揮作用的重要一步。這些細胞可以扮演生產藥物、食物和燃料的小工廠的角色，在體內檢測疾病並生產治療疾病的藥物，運轉起來就像微型電腦一樣。

但要設計和建造一個能完全按自己意願運作的細胞就必須有一系列的基本部件和將它們組合在一起的技術訣竅。

“我們想要了解生命的基本設計規則，”該研究的論文合著者之一、NIST細胞工程小組組長Elizabeth Strychalski說道，“如果這個細胞可以幫助我們發現和理解這些規則，那麼我們就可以開始比賽了。”

2010年， J. Craig Venter研究所(JCVI)的科學家們構建了首個帶有合成基因組的細胞。他們並不是完全從零開始建造這個細胞。相反，他們從一種叫做支原體的非常簡單的細菌細胞開始研究。他們破壞了這些細胞中的DNA並用計算機設計並用在實驗室合成的DNA將其取而代之。這是地球生命史上第一個擁有完全合成基因組的有機體。他們將其稱為JCVI-syn1.0。

從那以後，科學家們一直致力於將這種生物體的基因成分縮減到最低限度。他們在5年前創建的超級簡單細胞–JCVI​​-syn3.0可能太過簡單，但現在研究人員已經向這個細胞添加了19個基因，其中包括正常細胞分裂所需的7個基因以創造新的變異JCVI-syn3A。這種變體只有不到500個基因。從這個角度來看，生活在人體腸道中的大腸桿菌約有4000個基因。人類細胞大約有3萬個。

論文聯合第一作者、JCVI科學家Lijie Sun通過系統地添加和移除基因構建了數十個變異菌株。然後，她和其他研究人員將觀察這些基因變化如何影響細胞的生長和分裂。

美國國家標準局(NIST)的任務是在顯微鏡下測量產生的變化。這是一個挑戰，因為細胞必須存活才能被觀察到。使用高倍顯微鏡觀察死亡細胞相對容易，然而對活細胞進行成像要困難得多。

將這些細胞固定在顯微鏡下是非常困難的，因為它們是如此的小和脆弱。一個大腸桿菌能容納100個以上的細菌。微小的力量就可以將它們撕裂。

為了解決這個問題，Strychalski和MIT合著者James Pelletier、Andreas Mershin和Neil Gershenfeld設計了一種微流控恆化器–一種小型水族館–在那裡細胞可以在光學顯微鏡下獲得餵養。得到的結果是定格運動視頻，其展示了合成細胞的生長和分裂。

視頻展示了五年前創建的JCVI-syn3.0細胞分成不同的形狀和大小。一些細胞形成纖維，另一些則沒有完全分開，而是像繩子上的珠子一樣排列在一起。儘管種類繁多，但所有這些細胞的基因都是相同的。

這個視頻顯示新的JCVI-Syn3A細胞則分裂成形狀和大小更均勻的細胞。

這些視頻及其他類似的視頻還讓研究人員得以觀察他們的基因操作是如何影響細胞的生長和分裂的。如果移除一個基因干擾了正常的過程，他們會把它放回去然後嘗試另一個。

“我們的目標是了解每個基因的功能，這樣我們就可以建立一個完整的細胞如何工作的模型，”Pelletier說道。

但這一目標尚未實現。在為正常細胞分裂添加的7個基因中，科學家們只知道其中2個的作用。其他5種細胞在細胞分裂中所起的作用還不清楚。

“生活仍是一個黑匣子，”Strychalski說道。但通過這種簡化的合成細胞，科學家們可以清楚地了解細胞內部的情況。