重磅突破：科学家首次完整模拟细胞生命周期！

近日，科学家首次成功模拟了活细菌细胞中几乎所有的化学反应，并在虚拟世界中完整呈现了细胞复制DNA并分裂成两个子细胞的全过程。这一突破性成果已发表在《细胞》（Cell）杂志上，为理解生命的基本运作机制打开了新窗口。

美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的计算生物物理学家扎恩·索恩伯格表示，这种模拟有助于研究人员理解细胞壁内相互作用的蛋白质、核酸、脂肪和其他分子如何共同产生真正的生命。为了攻克这一挑战，索恩伯格的团队选择了自然界中最简单的例子之一，这是一种拥有“最小”基因组的细菌细胞。这种名为JCVI-Syn3a的生物体是科学家通过精简寄生菌支原体的基因组创造出来的，仅保留了493个必需基因。

索恩伯格创建的三维模拟试图追踪细胞的DNA、蛋白质、核糖体等关键分子随时间的变化。特定分子遵循基于现实世界测量的规则，当相互作用的分子在物理空间中靠近时，反应便会发生。当然，模拟也做了一些简化处理：对于数十个功能未知的基因，团队将其建模为惰性球体；同时，模型限制每个mRNA转录本只能被一个核糖体使用，而真实细胞中往往是多个核糖体同时工作。

研究团队的目标是在细胞完成整个生命周期所需的时间内模拟JCVI-Syn3a。早期的尝试屡屡失败，要么是基因组分解速度快于重建速度，要么是物质从细胞膜中“泄漏”出去。经过反复调整，他们终于在去年11月的感恩节假期期间让模型成功运行。“我们回来时，突然整个细胞周期都完成了，”索恩伯格回忆道，“这简直是一个巨大的飞跃。”

计算机模拟不仅成功重现了细胞分裂的全过程，还捕捉到了许多真实细节——包括细胞在分裂前形状的膨胀和伸长。虚拟细胞完成一次分裂大约需要105分钟，这与真实细胞的繁殖时间“惊人地接近”。不过，模拟这105分钟的过程需要超级计算机连续运行6天，凸显了此类细胞模型对计算资源的巨大需求。
圣地亚哥加州大学的生物工程师伯恩哈德·帕尔森评价称，由于该模拟成功捕捉到了细胞活动的广度，并使所有过程在细胞周期中协调一致，因此是一项非常重要的成就。
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