SpudCell: Tế bào tổng hợp đầu tiên được xây dựng từ đầu có thể ăn, lớn lên và phân chia

Vào tháng 7 năm 2026, các nhà nghiên cứu tại Đại học Minnesota Twin Cities đã công bố một cột mốc quan trọng trong lĩnh vực sinh học tổng hợp: SpudCell, tế bào tổng hợp đầu tiên được lắp ráp hoàn toàn từ các thành phần hóa học không sống, có khả năng hoàn thành một vòng đời sinh học đầy đủ—ăn, lớn lên, sao chép bộ gen và phân chia .

Do các Phó Giáo sư Kate Adamala và Aaron Engelhart tại Trường Cao đẳng Khoa học Sinh học dẫn đầu, nhóm nghiên cứu đã xây dựng SpudCell từ dưới lên, từng mảnh hóa chất một. Điều này giúp phân biệt nó với các công trình trước đó như "tế bào tối thiểu" của Viện J. Craig Venter năm 2016, vốn được tạo ra bằng cách cấy ghép một bộ gen tổng hợp vào một tế bào tự nhiên có sẵn thay vì lắp ráp từ đầu .

Đây chưa phải là sự tạo ra sự sống nhân tạo, nhưng nó là mô hình gần đúng nhất được xây dựng từ các thành phần không sống cho đến nay. Dưới đây là những gì nhóm nghiên cứu đã đạt được, cách nó hoạt động, những hạn chế của nó và tổ chức phi lợi nhuận Biotic mới có ý nghĩa gì cho lĩnh vực này.

Thông số kỹ thuật chính: SpudCell được tạo ra từ gì

SpudCell đơn giản hơn nhiều so với bất kỳ tế bào tự nhiên nào. Một vi khuẩn điển hình như E. coli chứa hàng triệu hoặc hàng tỷ phân tử; SpudCell chỉ chứa tổng cộng 150 đến 200 phân tử . Bộ gen của nó bao gồm bảy vòng DNA thiết kế mã hóa các hướng dẫn cho sự tăng trưởng và sinh sản . (Một công trình tiền xuất bản trước đó của cùng nhóm mô tả một bộ gen tổng hợp một phần có kích thước hơn 200 kb với hơn 150 gen .)

SpudCell dựa vào hệ thống PURE (Protein synthesis Using Recombinant Elements - Tổng hợp Protein sử dụng các yếu tố tái tổ hợp)—một bộ máy phiên mã-dịch mã trong ống nghiệm tối thiểu, được tái cấu trúc. Nó không có quá trình trao đổi chất tự nhiên và phụ thuộc hoàn toàn vào môi trường phân tử đặc biệt này để thực hiện chương trình di truyền của mình .

Cách nó ăn

Màng tế bào kết hợp các lỗ xuyên màng dựa trên protein vi khuẩn alpha-hemolysin, cho phép nucleotide và các phân tử dinh dưỡng nhỏ chảy vào tế bào . Các lỗ này có thể được đóng hoặc mở bằng cách thêm một chất cảm ứng hóa học, giúp nhóm nghiên cứu kiểm soát việc cho ăn .

Cách nó phân chia

Quá trình phân chia được thúc đẩy bằng cách tập hợp protein FtsZ (tương đồng với tubulin của vi khuẩn) khu trú ở màng vào lớp lipid kép. Khi đủ FtsZ tích tụ, nó tạo thành một vòng co thắt kéo màng vào trong cho đến khi tế bào tách làm đôi. Hệ thống sử dụng một mỏ neo protein cảm ứng ánh sáng hoặc hóa học để kiểm soát thời điểm và vị trí FtsZ lắp ráp, cung cấp khả năng kiểm soát bên ngoài đối với thời điểm phân chia .

Các hạn chế chính: Chưa hoàn toàn là sự sống

Bất chấp bước đột phá, SpudCell còn lâu mới trở thành một sinh vật sống tự duy trì. Các nhà nghiên cứu thẳng thắn về những thiếu sót của nó:

• Phân chia kém hiệu quả: Quá trình phân chia được mô tả là "vụng về". Chỉ một phần nhỏ SpudCell hoàn thành quá trình phân hạch; nhiều tế bào ngừng co thắt hoặc bị ly giải .
• Giữ lại bộ gen kém: Các tế bào con thường thừa hưởng một bản sao không hoàn chỉnh hoặc không có bộ gen. Nhóm nghiên cứu ước tính tỷ lệ giữ lại bộ gen thấp hơn 50% mỗi lần phân chia, có nghĩa là nhiều "thế hệ con" không thể tiếp tục chu kỳ .
• Sự suy thoái ribosome: Các ribosome của hệ thống PURE bị suy thoái trong chu kỳ tế bào. Sau 3–4 thế hệ, quá trình tổng hợp protein bị đình trệ và dòng tế bào sụp đổ. Điều này giới hạn dòng SpudCell ở khoảng 5 thế hệ (khoảng 2–3 ngày) trước khi nó phải được thay thế .
• Không có tiến hóa Darwin: SpudCell thực hiện quá trình sao chép được lập trình nhưng không thể đột biến, cạnh tranh hoặc tiến hóa một cách tự chủ. Mỗi chu kỳ là một thực thi xác định của chương trình được cung cấp từ bên ngoài—không phải là quá trình tiến hóa mở .

Như Adamala đã nói với CNN, SpudCell là "một sinh vật rất mỏng manh, tồn tại chủ yếu để tiêu thụ và thỉnh thoảng tạo ra một đứa con" .

Tình trạng bình duyệt

Nghiên cứu đang được bình duyệt tại một tạp chí khoa học nhưng chưa hoàn tất quy trình. Nhóm nghiên cứu đã đăng tải một bản in trước dài 190 trang về công trình của họ trực tuyến. The New York Times, trích dẫn các nhà nghiên cứu, xác nhận bản thảo đang được bình duyệt . Tạp chí cụ thể chưa được tiết lộ.

Biotic: Một tương lai mã nguồn mở cho các tế bào tổng hợp

Cùng với thông báo về SpudCell, các nhà nghiên cứu đã tiết lộ Biotic (BIOTIC)—một tổ chức từ thiện vì lợi ích công cộng 501(c)(3) mới của Hoa Kỳ do Kate Adamala và nhà sinh học tổng hợp Stanford Drew Endy đồng sáng lập .

Sứ mệnh của Biotic là thúc đẩy các công nghệ sinh học mới nổi trên cơ sở đa phương, mã nguồn mở. Đại học Minnesota nắm giữ bằng sáng chế về SpudCell nhưng đã cấp phép độc quyền cho Biotic, tổ chức này được cấu trúc để giữ cho công nghệ nền tảng luôn có sẵn miễn phí cho các nhà nghiên cứu trên toàn thế giới—phản ánh cách tiếp cận của Dự án Bộ gen Người . Tiểu sử của Drew Endy tại Caltech xác nhận ông "gần đây đã đồng sáng lập BIOTIC như một tổ chức từ thiện mới thúc đẩy các công nghệ sinh học mới nổi trên cơ sở đa phương" .

Tại sao nó lại quan trọng

SpudCell đại diện cho một bước tiến ngoạn mục hướng tới mục tiêu lâu dài là xây dựng một tế bào sống từ đầu. Nó cung cấp một nền tảng tối thiểu để nghiên cứu các yêu cầu cơ bản của sự sống và cuối cùng có thể cho phép các ứng dụng trong y học, sản xuất sinh học và sản xuất hóa chất. Như Adamala đã nói với Star Tribune, động lực là "chuyển đổi nền kinh tế sang nền kinh tế sinh học" bằng cách sản xuất hóa chất mà không cần hóa dầu .

Nhưng hiện tại, SpudCell là một bằng chứng về nguyên lý—một tập hợp các phân tử mỏng manh, tồn tại trong thời gian ngắn, bắt chước sự sống gần hơn bất kỳ thứ gì được xây dựng trước đây, nhưng vẫn chưa được coi là sự sống theo bất kỳ định nghĩa tiêu chuẩn nào.