科學家接近重建第一個活細胞

研究人員在一個簡單的原細胞的重建中,讓遺傳物質自我複製,這個原細胞可能存在於億萬年前

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現代細胞就像微觀城市:它們擁有發電廠(線粒體)、垃圾場(溶酶體)、地方政府(細胞核,其中 DNA 作為法律章程),以及在其邊界內進行的許多其他活動。它們還擁有一個邊界巡邏隊,形式為雙層膜,該膜使用一系列蛋白質驅動的泵、孔道和通道,讓營養物質進入,並將其他化學物質和物質排除在外。

但是,在 35 億到 40 億年前生命開始時,細胞非常不同。它們不像小型大都市,更像是一個裝有指令的錢包——僅由一個帶有遺傳資訊的膜組成。它們缺乏現在使其運轉的結構和蛋白質。問題是:它們當時是如何吸收生存和繁殖所需的營養物質的?

哈佛醫學院的研究人員在《自然》雜誌上報告說,他們構建了一個模型,他們認為第一個活細胞的樣子,其中包含一條被脂肪膜包圍的遺傳物質。現代細胞的膜由一層雙層的脂肪酸組成,稱為磷脂。但在為其細胞設計膜時,科學家們使用了更簡單的脂肪酸,他們認為這些脂肪酸存在於遠古地球上,當時第一個細胞很可能形成。研究報告的共同作者、哈佛大學遺傳學家 Jack Szostak 說,關鍵是開發出一種足夠多孔的膜,以便讓所需的營養物質(如核苷酸,構成遺傳物質或 DNA 的單位)進入,但又足夠強大,可以保護內部的遺傳物質並防止其在複製後滑出。

為了複製早期細胞,科學家們將脂肪酸(可能是膜的候選物)和一條 DNA 片段放入一個裝有水的試管中。在那裡,脂肪酸圍繞遺傳片段形成環或膜。然後,研究人員向試管中添加了核苷酸——遺傳物質的單位——以確定它們是否會穿透膜並複製其中的 DNA。他們的發現:核苷酸確實進入了細胞,附著在 DNA 上並在 24 小時內複製了 DNA。

Szostak 說,科學家現在必須弄清楚的是,最初的 DNA 和複製的 DNA 鏈是如何分離的,以及這個早期細胞是如何分裂或繁殖的。

他說:“我們正試圖逐步解決一系列問題,並構建一個可以複製和進化的系統。”
 
加州大學聖克魯茲分校的生物分子工程師 David Deamer 說,他認為該團隊正在製造一個具有“基本上所有生命基本屬性”的原始細胞原型。

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