2010年首次报道了具有完全人工合成基因组的细胞，由此衍生出一种极简基因组细胞，该细胞在细胞分裂时表现出异常形态。最近，向该极简基因组细胞中添加一组基因后，细胞分裂恢复正常。
细胞是生命的基本结构和功能单位，这一理论由施莱登和施旺于1839年提出。自那时起，科学家们一直致力于理解细胞功能，试图完全破译遗传密码，以了解细胞如何生长和分裂，从而产生更多同类细胞。随着DNA测序技术的出现，人们得以解码基因组序列，从而尝试理解细胞过程，进而理解生命的基础。1984年，莫罗维茨提出研究支原体——能够自主生长的最简单细胞——以期理解生命的基本原理。
此后，人们多次尝试将基因组大小缩减至最小，以期获得能够执行所有基本细胞功能的细胞。2010年，研究人员首次通过化学合成获得了1079 kb的支原体（Mycoplasma mycoides）基因组，并将其命名为JCVI-syn1.0。2016年，Hutchinson III等人(1)对JCVI-syn1.0进行了进一步的基因删除，得到了JCVI-syn3.0。该基因组大小为531 kb，包含473个基因，倍增时间为180分钟，但细胞分裂时形态异常。它仍然包含149个生物学功能未知的基因，这表明可能存在尚未发现的生命必需元件。然而，JCVI-syn3.0为应用全基因组设计原理来研究和理解生命功能提供了一个平台。
最近，在2021年3月29日，Pelletier及其同事(2)利用JCVI syn3.0，通过在JCVI syn3.0基因组中引入19个基因，构建了JCVI syn3.0A，从而了解了细胞分裂和形态所需的基因。JCVI syn3.0A在细胞分裂后具有与JCVI syn1.0相似的形态。这19个基因中有7个，包括两个已知的细胞分裂基因和4个编码功能未知的膜相关蛋白的基因，它们共同恢复了与JCVI syn1.0相似的表型。该结果表明，在基因组最小的细胞中，细胞分裂和形态是由多基因控制的。
鉴于JCVI syn3.0能够凭借其极简的基因组生存和繁殖，它可以作为模式生物，用于构建具有不同功能的多种细胞类型，从而造福人类和环境。例如，可以引入能够溶解塑料的基因，使新构建的生物体能够以生物方式降解塑料。同样，也可以设想在JCVI syn3.0中添加与光合作用相关的基因，使其能够利用大气中的二氧化碳，从而降低二氧化碳浓度，并有助于缓解全球变暖——这是人类面临的一项重大气候问题。然而，此类实验必须极其谨慎地进行，以确保我们不会将一种难以控制的超级生物体释放到环境中。
尽管如此，拥有极简基因组的细胞及其生物操控技术，有望创造出功能各异的多种细胞类型，从而解决人类面临的重大问题，并最终保障人类的生存。然而，完全合成细胞与功能性合成基因组之间存在着区别。理想的完全合成人工细胞应包含合成的基因组以及合成的细胞质成分，随着科技进步日趋成熟，科学家们渴望在未来几年内尽快实现这一目标。
最近的发展可能是创造能够生长和分裂的完全合成细胞的垫脚石。
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参考文献：
- Hutchison III C, Chuang R., et al 2016. 最小细菌的设计与合成 基因组. 科学25 2016 年 351 月：卷。 6280，第 6253 期，aadXNUMX
作者： https://doi.org/10.1126/science.aad6253
- Pelletier JF, Sun L., et al 2021. 基因组最小细胞中细胞分裂的遗传要求。 细胞。 发布时间：29 年 2021 月 XNUMX 日。DOI： https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.03.008
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