伊利諾伊大學(xué)厄巴納分校化學(xué)教授Zanda Lucy-Schulten 表示，最小的細(xì)胞具有精簡(jiǎn)的基因組，這些基因組攜帶復(fù)制DNA、生長(zhǎng)、分裂和執(zhí)行大多數(shù)其他生命定義功能所需的基因。研究人員說(shuō)：“這里的新穎之處在于，我們開(kāi)發(fā)了一種3D、完全動(dòng)態(tài)的最小活細(xì)胞動(dòng)力學(xué)模型，可以模擬實(shí)際細(xì)胞中發(fā)生的情況?！?

該模擬以原子尺度繪制了3D 空間中數(shù)千個(gè)細(xì)胞成分的精確位置和化學(xué)特征。它跟蹤這些分子在細(xì)胞中擴(kuò)散和相遇所需的時(shí)間、擴(kuò)散時(shí)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)以及每個(gè)步驟需要多少能量。

為了構(gòu)建最小的細(xì)胞，美國(guó)加利福尼亞州克雷格文特爾研究所（JCVI）的科學(xué)家們轉(zhuǎn)向了最簡(jiǎn)單的活細(xì)胞——支原體，一種寄生于其他生物體的細(xì)菌。在之前的研究中，JCVI團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了合成基因組，并在富含細(xì)胞維持所需的所有營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和因子的環(huán)境中培養(yǎng)細(xì)胞。在這項(xiàng)新研究中，研究小組添加了一些基因來(lái)提高細(xì)胞的活力。該細(xì)胞比任何自然細(xì)胞都簡(jiǎn)單，因此更容易在計(jì)算機(jī)上建模。

舒爾滕說(shuō)，模擬像活細(xì)胞這樣大而復(fù)雜的東西依賴(lài)于數(shù)十年研究的數(shù)據(jù)。為了構(gòu)建計(jì)算機(jī)模型，研究人員必須考慮細(xì)胞DNA、脂質(zhì)和氨基酸的物理和化學(xué)特性，以及基因轉(zhuǎn)錄、翻譯和蛋白質(zhì)構(gòu)建機(jī)制。他們還必須對(duì)每個(gè)成分如何在細(xì)胞中擴(kuò)散進(jìn)行建模，跟蹤細(xì)胞生命周期中每個(gè)步驟所需的能量。

這些模擬讓研究人員深入了解細(xì)胞如何“平衡新陳代謝、遺傳過(guò)程和生長(zhǎng)的需求”。例如，該模型顯示細(xì)胞使用大部分能量將必要的離子和分子導(dǎo)入細(xì)胞膜。這是因?yàn)橹гw從其他生物體獲得了生存所需的大部分物質(zhì)。

研究人員表示，該模型模擬了一個(gè)最小細(xì)胞從誕生到兩小時(shí)后分裂的所有化學(xué)反應(yīng)。這種最小活細(xì)胞的3D、全動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)模型打開(kāi)了一扇了解細(xì)胞內(nèi)部運(yùn)作的窗口，展示了所有細(xì)胞成分如何根據(jù)內(nèi)部和外部線索相互作用和變化，并將幫助研究人員更好地理解生命的基本原理。