中国科学家领衔发布亚洲首个合成细胞技术路线图

中国科学家领衔发布亚洲首个合成细胞技术路线图

5月26日，由中国科学院深圳先进技术研究院（简称“深圳先进院”） 研究员 刘陈立领衔，联合来自中国、日本、韩国、新加坡、马来西亚、泰国等亚洲六国的100多个实验室，在《自然—生物技术》上发表最新文章，发布了亚洲首个合成细胞十年技术路线图。

该文聚焦“人工合成单细胞生命”这一世界科学前沿问题，规划了亚洲未来十年攻关合成细胞的发展方向，系统梳理了构建合成细胞面临的四大核心挑战，并提出分阶段目标，是主动融入全球创新网络并率先提出自主技术路线图的生动范例。

技术路线图的发布，展现了我国在科学前沿领域建制化攻关的组织优势，不仅为亚洲在该领域的协同创新提供了发展蓝图，更是在“无人区”探索中提出原创理论、设计原创路径的一次具体体现。该技术路线图将推动合成细胞研究从模块化探索迈向系统化整合，并作为理论基石，促进定量合成生物学、人工智能与生物制造等领域的深度融合，为合成生物学与未来生物技术的发展开辟全新路径。

亚洲六国协作提出“中央工厂+分布式工作站”模式，破解合成细胞难题。深圳先进院供图

直面基础研究“无人区”

从零开始，利用磷脂、蛋白质、DNA等生物大分子“自下而上”人工构建单细胞生命，是生命科学最具挑战的科学目标之一，也是人类掌握生命底层设计法则的重要检验。

过去几十年间，全球合成细胞研究格局逐步形成。欧洲的MaxSynBio、BaSyC、EVOLF，美国的Build-a-Cell等项目在合成细胞各功能模块的研发均取得进展，然而，如何将各功能模块整合为完整细胞，仍是全球尚未突破的重要瓶颈。在亚洲，尽管中国、日本、韩国及新加坡等国在合成细胞研究方面各具优势，但长期缺乏有效协同，未能形成合力。

在攻关这一瓶颈问题时，定量合成生物学提供了重要的理论指导。简单来说，它把生命科学从“大致差不多”的定性描述，升级为像物理和化学那样“能算、能量、能预测”的定量科学。它不仅能调控细胞内的基因表达与蛋白质合成等，还能用数学模型推演这些过程如何共同决定细胞的行为。正是依托这一理论支撑，该技术路线图系统规划了从零散功能模块到合成细胞的理性构建路径。

为汇聚亚洲优势力量开展协同攻关，2023年，由刘陈立倡议并牵头，联合亚洲六国科学家正式成立“亚洲合成细胞联盟”。联盟成员在凝聚共识、明晰路径的背景下首次绘制出该技术路线图。“具体而言，我们在技术路线图中提出了构建合成细胞所面临的四大核心挑战，分别是代谢连续性、核糖体自主再生、模块设计规则缺失，以及时空协调机制复杂。”文章第一作者戴卓君介绍。

为应对这些挑战，技术路线图提出了一种以跨境协作、基础设施共享与开放标准为特征的新型研究范式，构建起以人工智能驱动的生物铸造厂为核心、采用“中央工厂+分布式工作站”跨国协作模式的研究架构。

该架构包含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”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，技术路线图主张融合基于机制理解的“白箱模型”与数据驱动的“黑箱模型”，以系统揭示合成细胞的设计约束。针对模块间互作的不可预测性，提出通过对跨尺度涌现功能进行高通量人工选择，为构建复杂细胞开辟了全新的方法论路径。

基于以上思路，技术路线图进一步提出跨度为十年的“原始细胞到自主细胞”两阶段推进路径：

第一阶段的目标是构建“原始细胞”，确立稳定的磷脂囊泡结构、含至少200个基因的最小基因组、≥90%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，并构建其“数字孪生”模型，探索力学信号与生化信号如何协同调控细胞分裂；

第二阶段迈向“自主细胞”，核心是实现内源性、基因组编码的核糖体再生系统，使合成细胞摆脱外源表达依赖，具备真正的自我复制能力。自主细胞需完成10次以上连续、协调的生长-分裂周期，并具备在环境选择压力下的演化能力及群体行为的涌现。

集合力量构建国际合作网络

2023年，依托中国科学院建制化优势，刘陈立团队聚焦“人工合成单细胞生命”这一重大科学问题展开有组织攻坚。团队注意到，亚洲各国在合成细胞研究领域展现出高度互补的技术优势。

其中，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；日本在重构中心法则系统方面处于国际领先地位，开发了PURE系统及核糖体组装技术；韩国与新加坡则在AI驱动的代谢原型构建和自动化DNA合成方面具有突出优势。然而，区域内相关力量长期缺乏有效、系统的整合与协同。

基于此，联盟于2024年4月在深圳举办首届合成细胞亚洲研讨会并签署合作备忘录，标志着亚洲合成细胞研究合作网络的正式建立。2025年，亚洲合成细胞研讨会再次于深圳召开，联盟成员围绕模块构建、整合与标准化接口等关键议题达成多项实质性共识，推动技术路线图向具体实施方案加速落地。

在联盟基础上，亚洲力量积极协同合作。2024年10月，深圳先进院牵头主办首届“全球合成细胞峰会”，实现亚洲、欧洲、北美合成细胞三大区域力量首次对话，中国科学院合成细胞国际科学计划同期启动。2026年，联盟以更加成熟的姿态参与在荷兰代尔夫特举行的第二届全球峰会。从深圳出发到全球对话，亚洲力量以更加成熟的姿态参与全球合成细胞研究的推动及协同。

相关论文信息：https://www.nature.com/articles/s41587-026-03153-w

主题：技术路线图