3D“最小活细胞”模拟细胞内部运作

根据最新一期的《细胞》杂志，美国科学家建立了一个基因组被剥离到最基本元素的“最低生活细胞”，以及反映其行为的细胞计算机模型。通过改进和测试该模型，科学家们表示，他们正在开发一个系统来预测基因组、生活条件或活细胞物理特征的变化将如何改变它们的功能。

美国伊利诺伊大学厄巴纳分校的化学教授赞达露西-舒尔登(Zanda Lucy-Schulten)说，最小的细胞有一个简化的基因组，它携带着复制DNA、生长、分裂和执行定义生命的大多数其他功能所需的基因。研究人员说：“这里的新奇之处在于，我们开发了一个3D的、完全动态的最小活细胞动力学模型，它模拟了真实细胞中发生的事情。”

该模拟在原子尺度上绘制了三维空间中成千上万个细胞成分的精确位置和化学特征。它跟踪这些分子在细胞中扩散和相遇需要多长时间，扩散时会发生什么样的化学反应，每一步需要多少能量。

为了构建最小的细胞，加州克雷格文特尔研究所(JCVI)的科学家们转向了最简单的活支原体，一种寄生在其他生物身上的细菌。在之前的研究中，JCVI团队构建了一个合成基因组，并在富含细胞维持所需的所有营养和因子的环境中培养细胞。在这项新的研究中，研究小组添加了一些基因来提高细胞的活力。这种细胞比任何自然细胞都简单，因此在计算机上建模更容易。

Schulten说，模拟像活细胞这样巨大而复杂的东西取决于几十年的研究数据。为了构建计算机模型，研究人员必须考虑细胞DNA、脂质和氨基酸的物理和化学特性，以及基因转录、翻译和蛋白质构建的机制。他们还必须模拟每个成分如何扩散通过细胞，并跟踪细胞生命周期中每一步所需的能量。

这些模拟让研究人员深入了解细胞如何“平衡其代谢、遗传过程和生长需求”。例如，该模型表明，细胞利用其大部分能量将必要的离子和分子引入细胞膜。这是因为支原体从其他生物那里获得了生存所需的大部分物质。

研究人员表示，该模型模拟了最小细胞从出生到两小时后分裂的所有化学反应。这个最小活细胞的3D、全动态动态模型打开了一扇了解细胞内部运行的窗口，展示了所有细胞成分如何对内外线索的相互作用和变化做出反应，这将有助于研究人员更好地理解生命的基本原理。

细胞是许多生物的基本结构和功能单位。可以说，它们是生命的基石。它们是“基本的”，但不是“简单的”。甚至，你越深入其中的微妙之处，越有可能发现它们所蕴含的微观世界，充满了有待人类探索和解决的深刻奥秘。3D最低生活单元的构建为透视单元内的微观世界提供了独特的路径和视角。