在合成生物学领域，如何利用磷脂、蛋白质、DNA等生物大分子，以“自下而上”的方式从零开始人工构建单细胞生命，一直是困扰科学界数十年的核心难题。这一问题被视为检验人类是否真正掌握生命底层设计法则的重要试金石。破解这一挑战，不仅关系到我们对生命本质的深入理解，也有望在生物制造、生物医药等方向催生出可编程、可定制的功能细胞与人工生命系统。

坦率地说，这个问题最难的地方，并不只是代谢通路、基因表达系统或膜结构等单一模块本身，而是一个全球性的系统级瓶颈：如何让这些功能模块在时间与空间两个维度上实现精准协同，最终像真实生命体那样稳定、高效地运转起来。

近日，中国科学院深圳先进技术研究院刘陈立研究员牵头的联合团队，在《Nature Biotechnology》上发表了一篇论文，题为“A framework for building a synthetic cell from the SynCell Asia initiative”。

这项研究的重要意义在于，它为亚洲合成细胞领域未来十年的发展路线图明确了方向。这意味着，在全球合成生命与人工细胞研究赛道上，亚洲终于形成了自己的节奏、路径与协作模式。未来，在人工制造单细胞生命这件事上，亚洲的影响力和话语权有望持续提升。

这篇论文的联合团队来自亚洲合成细胞联盟（SynCell Asia Initiative），由中国、日本、韩国、新加坡、马来西亚、泰国六个国家的100多个实验室组成。刘陈立研究员是论文的唯一通讯作者，戴卓君研究员是第一作者，亚洲细胞联盟的全体代表成员都参与了论文撰写。

图丨相关论文（来源：Nature Biotechnology）

亚洲合成细胞，开始“组队升级”

过去几十年，全球合成细胞研究的整体格局逐步成形。欧洲的MaxSynBio、BaSyC、EVOLF，美国的Build-a-Cell等项目，依靠实验室攻关与跨机构协作，在合成细胞各类功能模块研发方面取得了显著进展。

亚洲的技术优势其实同样十分突出：中国建立了大规模生物铸造厂和合成生物学定量建模框架；日本开发了PURE系统及核糖体组装技术，在重构中心法则系统方面处于国际领先地位；韩国和新加坡则在AI驱动的代谢原型构建与自动化DNA合成方面具备较强实力。但问题也很明显：由于长期缺乏高效协同，亚洲各地区的这些优势并没有真正“拧成一股绳”，尚未形成系统性的合力。

到了2024年，刘陈立研究员倡议并牵头，联合六国科学家正式成立亚洲合成细胞联盟。目标非常清晰，就是通过跨国合作解决合成细胞领域长期存在的关键难题。在随后举办的几次SynCell Asia Workshops中，联盟成员围绕合成细胞构建的核心科学问题展开深入讨论与思想碰撞，不断凝聚共识、明确路径，最终形成了具有亚洲视角和区域特色的科学主张与行动纲领，并绘制出这份合成细胞技术路线图。

四大瓶颈，一个解法

在此次研究展示的技术路线图中，研究团队首次系统提出了构建合成细胞面临的四大核心挑战。

第一个挑战：代谢连续性

当前的无细胞系统中，关键底物如ATP、核苷酸等，通常都需要在实验开始前预先添加。这会带来一个直接问题——这些底物会很快被消耗或降解，系统无法实现能量持续再生和代谢循环，从根本上限制了合成细胞的长期自主运行能力。

第二个挑战：核糖体自主再生

核糖体是蛋白质合成的核心工厂。在活细胞中，它的组装依赖大量分子伴侣、RNA修饰酶以及空间区室的协同配合，而这些关键辅助因子恰恰是人工系统中普遍缺失的。结果就是，人工制备的核糖体往往存在结构缺陷，难以持续更新，也就无法建立可循环利用的蛋白质合成体系。

第三个挑战：模块设计规则缺失

一方面，科学家对膜扩张与膜分裂过程中的设计规则仍缺乏充分认识；另一方面，细胞分裂本身也面临类似困境。比如，如何协调曲率生成、膜重塑与隔膜闭合？目前还没有形成一套成熟、可操作的工程化方案，这也导致不同功能模块之间难以实现稳定耦合与集成。

第四个挑战：时空协调机制复杂

DNA复制、染色体分离和细胞分裂等关键过程，必须在合成环境中实现同步推进。但现有系统还无法完成最基本的时序控制，经常会出现DNA异常复制、分裂失败等问题，这成为人工细胞构建中的关键障碍。

针对这些挑战，这份技术路线图提出了一种以跨境协作、基础设施共享和开放标准为特征的新型研究范式。其核心思路是：构建以AI驱动生物铸造厂为中心的协同体系，采用“中央工厂+分布式工作站”的跨国合作模式。

（来源：中国科学院深圳先进技术研究院）

这一架构将统一制备标准化底盘与试剂，形成闭环的“设计-合成-测试-学习”（DBTL）循环，并依托单合成细胞组学，为机器学习提供高维数据支撑。在理论方法层面，技术路线图提出要系统揭示合成细胞的设计约束，让基于机制理解的“白箱”模型与数据驱动的“黑箱”模型并行发展。为了应对模块间互作不可预测的问题，技术路线图还开辟了一条新的方法论路径——通过对跨尺度涌现功能开展高通量人工选择，推动复杂系统优化。

十年计划：让人工细胞“活起来”

基于上述思路，这项研究进一步提出了一个为期10年的两阶段发展目标。

第一阶段，目标是构建“原始细胞”（ProtoCell）。这是一个类似最小原核生物的人工构造，需要建立稳定的磷脂囊泡结构，包含不少于200个基因的最小基因组，90%及以上的蛋白质由无细胞转录翻译系统表达，并具备关键代谢物的内源合成能力。同时，还要构建其数字孪生模型，探索力学信号与生化信号协同调控细胞分裂的可能性。

第二阶段，则是将原始细胞升级为“自主细胞”（AutoCell），让其真正具备持续自我维持、自主复制、定向进化以及多细胞集体行为的能力。自主细胞需要完成10次以上连续、协调的生长-分裂周期，细胞群体大小分布的变异系数低于15%，并具备在环境选择压力下的演化能力以及群体行为的涌现特征。

（来源：Nature Biotechnology）

亚洲方案，正在进入全球中心

这份技术路线图根植于亚洲各国技术能力的高度互补性，确立了以跨境协作、共享基础设施和开放标准为核心的新型研究范式。从原始细胞到自主细胞的两阶段战略，以及以中心化AI驱动生物铸造厂为枢纽的系统集成方案，在全球范围内都尚无先例。它直接回应了合成细胞模块之间难以耦合的核心痛点，也体现了亚洲在科研协作模式上的原创性探索。

研究团队指出，构建合成细胞并不是某一学科能够“单打独斗”完成的任务，而是需要理论物理、计算机科学、工程学、伦理学与社会科学等多学科持续融合和共同发展。这一研究范式的推进，不仅有助于推动合成细胞研究从局部探索转向协同构建，也将促进定量生物学、人工智能、生物制造等多个领域的交叉发展，为生命科学基础原理研究和生物技术创新开辟全新路径。

亚洲合成细胞联盟成立之后，不仅持续推进学术研究，也在积极拓展国际合作。2024年4月，首届合成细胞亚洲研讨会在深圳成功举办，会上签署了合作备忘录。同年，联盟发起并主办首届全球合成细胞峰会（SynCell Global Summit），首次实现亚洲、欧洲、北美三大合成细胞研究力量的历史性同台。中国科学院合成细胞国际科学计划也在同期启动。

2025年，SynCell Asia Workshop再次在深圳召开，联盟成员围绕多个模块构建、整合以及标准化接口等关键议题达成了多项实质性共识，推动合成细胞技术路线图加速落地。2026年，联盟参与了在荷兰代尔夫特举行的第二届全球合成细胞峰会，这标志着亚洲正从参与者转变为规则的共同制定者和全球协同的重要力量。

2026年的SynCell Asia Workshop与2027年的第三届全球合成细胞峰会将分别在日本和美国召开。从深圳发起，到全球协作网络加速形成，合成细胞国际合作已经驶入快车道，亚洲力量也正在全球合成细胞研究的历史进程中逐步走向中心。

或许，人类距离从“零”开始造出一个细胞，真的又近了一步。

参考资料：
https://www.nature.com/articles/s41587-026-03153-w