山羊支原體細(xì)胞吸收了親緣物種絲狀支原體的工程化基因組。圖片來源：Thomas Deerinck, NCMIR/SPL

研究人員用一種細(xì)菌的完整基因組替換“僵尸細(xì)胞”的失效DNA，從而成功讓它們復(fù)活。這一成果近日公布于預(yù)印本平臺bioRxiv，有望通過將完整基因組植入細(xì)菌，賦予其制造藥物、生物燃料等實(shí)用特性，推動微生物生命重新設(shè)計(jì)。

此類基因轉(zhuǎn)移目前僅能在同一類的細(xì)菌物種間實(shí)現(xiàn)。如果研究人員能常規(guī)制備其他細(xì)菌的“僵尸細(xì)胞”，該方法便可用于測試更多常見研究對象的工程化基因組，如實(shí)驗(yàn)室常用的大腸桿菌。

“這篇論文是合成生物學(xué)基因組工程領(lǐng)域的重大突破?！狈▏鴩肄r(nóng)業(yè)、食品與環(huán)境研究院及巴黎薩克雷大學(xué)的Olivier Borkowski說。

15年前，研究人員化學(xué)合成了絲狀支原體具有110萬堿基對的基因組，并將其移植到親緣關(guān)系較近的山羊支原體活細(xì)胞中，制造出首個(gè)所謂的合成細(xì)胞。

該團(tuán)隊(duì)在合成的絲狀支原體基因組中插入了抗四環(huán)素基因。這意味著，將該基因組植入山羊支原體后，如果在含四環(huán)素的環(huán)境中培養(yǎng)這些受體細(xì)胞，那么只有成功吸收合成基因組的細(xì)胞才能存活，以此驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)是成功的。

2016年的一項(xiàng)研究成功在柔膜菌綱的細(xì)菌物種間完成基因組移植。論文作者之一、美國克雷格·文特爾研究所的John Glass表示，此前試圖在更廣范圍開展基因組移植的嘗試均告失敗。其他細(xì)菌的所謂“成功案例”最終被證實(shí)為假陽性，原因是受體細(xì)胞基因組可通過同源重組過程整合抗生素耐藥基因，這意味著即便未吸收完整供體基因組，受體細(xì)胞仍能存活。15年前的實(shí)驗(yàn)中，山羊支原體未出現(xiàn)假陽性，正是因?yàn)樗痪邆溥@種重組能力。

為找到一種無需擔(dān)憂假陽性的基因組移植方法，Glass團(tuán)隊(duì)使受體細(xì)胞基因組失活，令其無法復(fù)制，即實(shí)現(xiàn)功能性死亡。這同時(shí)阻止了受體基因組通過重組整合耐藥基因等外源DNA。研究團(tuán)隊(duì)使用可損傷DNA的化療藥物——絲裂霉素C處理了山羊支原體，從而制造出這類“僵尸細(xì)胞”。

當(dāng)絲狀支原體工程化基因組被移植到經(jīng)絲裂霉素C處理的山羊支原體細(xì)胞后，一小部分受體細(xì)胞得以存活?！斑@些細(xì)胞本來注定要死亡，我們卻賦予了它們生命?！闭撐淖髡咧?、克雷格·文特爾研究所的Zumra Peksaglam Seidel說。她與同事將這些存活下來的細(xì)胞命名為“僵尸細(xì)胞”。團(tuán)隊(duì)以山羊支原體完成了概念驗(yàn)證，并希望這一方法能適配其他細(xì)菌。

論文作者之一、美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院的Elizabeth Strychalski表示，研究人員尚未完全厘清為何無論是否使用“僵尸”受體，基因組移植在支原體物種間都效果顯著。找到這一答案是優(yōu)化該技術(shù)并將其應(yīng)用于其他微生物的關(guān)鍵。

英國帝國理工學(xué)院的Tom Ellis期待研究人員最終能培育出其他細(xì)菌的“僵尸細(xì)胞”。但他指出，或許存在無需依賴抗生素耐藥基因這類易引發(fā)假陽性的篩選標(biāo)記物，就能確認(rèn)大量DNA片段被轉(zhuǎn)入受體細(xì)菌的方法。為確保合成序列被吸收，Ellis團(tuán)隊(duì)利用CRISPR基因編輯系統(tǒng)，對擬替換的受體DNA序列進(jìn)行切割。Glass團(tuán)隊(duì)也認(rèn)可CRISPR可用于沉默受體細(xì)胞中的問題基因，如參與同源重組的基因。

Borkowski表示，從進(jìn)化角度看，混合匹配不同細(xì)菌的基因組與細(xì)胞“底盤”，探究哪些組合可行、哪些不可行，將極具研究價(jià)值。他補(bǔ)充道，基因組缺失的“僵尸細(xì)胞”還可用于測試人工智能工具設(shè)計(jì)的微生物基因組功能?！叭裟茉诖竽c桿菌或其他模式生物中建立穩(wěn)定的‘僵尸細(xì)胞’實(shí)驗(yàn)方案，那么該方法可能成為合成生物學(xué)的通用平臺?！?/p>

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.64898/2026.03.13.711674

（原標(biāo)題為《基因組移植讓“僵尸細(xì)胞”死而復(fù)生》）