基因组移植让“僵尸细胞”死而复生

　　中国科学报讯 研究人员用一种细菌的完整基因组替换“僵尸细胞”的失效DNA，从而成功让它们复活。这一成果近日公布于预印本平台bioRxiv，有望通过将完整基因组植入细菌，赋予其制造药物、生物燃料等实用特性，推动微生物生命重新设计。

山羊支原体细胞吸收了亲缘物种丝状支原体的工程化基因组。图片来源：Thomas Deerinck, NCMIR/SPL

　　此类基因转移目前仅能在同一类的细菌物种间实现。如果研究人员能常规制备其他细菌的“僵尸细胞”，该方法便可用于测试更多常见研究对象的工程化基因组，如实验室常用的大肠杆菌。

　　“这篇论文是合成生物学基因组工程领域的重大突破。”法国国家农业、食品与环境研究院及巴黎萨克雷大学的Olivier Borkowski说。

　　15年前，研究人员化学合成了丝状支原体具有110万碱基对的基因组，并将其移植到亲缘关系较近的山羊支原体活细胞中，制造出首个所谓的合成细胞。

　　该团队在合成的丝状支原体基因组中插入了抗四环素基因。这意味着，将该基因组植入山羊支原体后，如果在含四环素的环境中培养这些受体细胞，那么只有成功吸收合成基因组的细胞才能存活，以此验证实验是成功的。

　　2016年的一项研究成功在柔膜菌纲的细菌物种间完成基因组移植。论文作者之一、美国克雷格·文特尔研究所的John Glass表示，此前试图在更广范围开展基因组移植的尝试均告失败。其他细菌的所谓“成功案例”最终被证实为假阳性，原因是受体细胞基因组可通过同源重组过程整合抗生素耐药基因，这意味着即便未吸收完整供体基因组，受体细胞仍能存活。15年前的实验中，山羊支原体未出现假阳性，正是因为它不具备这种重组能力。

　　为找到一种无需担忧假阳性的基因组移植方法，Glass团队使受体细胞基因组失活，令其无法复制，即实现功能性死亡。这同时阻止了受体基因组通过重组整合耐药基因等外源DNA。研究团队使用可损伤DNA的化疗药物——丝裂霉素C处理了山羊支原体，从而制造出这类“僵尸细胞”。

　　当丝状支原体工程化基因组被移植到经丝裂霉素C处理的山羊支原体细胞后，一小部分受体细胞得以存活。“这些细胞本来注定要死亡，我们却赋予了它们生命。”论文作者之一、克雷格·文特尔研究所的Zumra Peksaglam Seidel说。她与同事将这些存活下来的细胞命名为“僵尸细胞”。团队以山羊支原体完成了概念验证，并希望这一方法能适配其他细菌。

　　论文作者之一、美国国家标准与技术研究院的Elizabeth Strychalski表示，研究人员尚未完全厘清为何无论是否使用“僵尸”受体，基因组移植在支原体物种间都效果显著。找到这一答案是优化该技术并将其应用于其他微生物的关键。

　　英国帝国理工学院的Tom Ellis期待研究人员最终能培育出其他细菌的“僵尸细胞”。但他指出，或许存在无需依赖抗生素耐药基因这类易引发假阳性的筛选标记物，就能确认大量DNA片段被转入受体细菌的方法。为确保合成序列被吸收，Ellis团队利用CRISPR基因编辑系统，对拟替换的受体DNA序列进行切割。Glass团队也认可CRISPR可用于沉默受体细胞中的问题基因，如参与同源重组的基因。

　　Borkowski表示，从进化角度看，混合匹配不同细菌的基因组与细胞“底盘”，探究哪些组合可行、哪些不可行，将极具研究价值。他补充道，基因组缺失的“僵尸细胞”还可用于测试人工智能工具设计的微生物基因组功能。“若能在大肠杆菌或其他模式生物中建立稳定的‘僵尸细胞’实验方案，那么该方法可能成为合成生物学的通用平台。” （李木子）

　　相关论文信息：

　　https://doi.org/10.64898/2026.03.13.711674

　　《中国科学报》 (2026-03-31 第2版 国际)