东京理工大学地球生命科学研究所(ELSI)副教授久间有津(Yutetsu Kuruma)领导的一个团队已经制造出了简单的人造细胞，可以产生化学能，帮助合成细胞本身的部分。这项工作标志着构建完全光合作用人工细胞的一个重要里程碑，并可能揭示原始细胞在生命早期是如何利用阳光作为能源的。
科学家们制造人造细胞作为原始细胞的模型，同时也了解现代细胞的功能。许多亚细胞系统现在都是通过简单地将细胞成分混合在一起来构建的。然而，真正的活细胞构建并组织它们自己的成分。研究建造人造细胞也是一个长期的目标，人造细胞也可以利用环境中可用的能量合成自己的成分。
东京科技团队结合了一个无细胞蛋白质合成系统，该系统由从活细胞中提取的各种生物大分子组成，以及一种叫做蛋白质脂质体的小的蛋白质-脂质聚集体，其中包含从活细胞中纯化出来的蛋白质ATP合酶和细菌视紫红质。ATP合酶是一种生物蛋白复合物，它利用细胞内液体和细胞环境中的液体之间的势能差，产生分子三磷酸腺苷(ATP)， ATP是细胞的能量货币。细菌视紫红质是一种从原始微生物中获取光的蛋白质，它利用光能将氢离子运送到细胞外，从而产生势能差来帮助ATP合酶的运作。因此，这些人造细胞将能够利用光产生氢离子梯度，这将有助于燃料电池运行它们的亚细胞系统，包括制造更多的蛋白质。
正如科学家们所希望的那样，光合作用后的ATP被用作转录的底物，即生物学从DNA合成信使RNA (mRNA)的过程，以及作为翻译的能量，即生物学从mRNA合成蛋白质的过程。这些过程还包括ATP合成酶的部分基因和光捕获菌视紫红质，最终驱动合成更多的菌视紫红质和ATP合成酶的组成蛋白，其中一些拷贝被包括在“启动”蛋白质脂质体。新形成的细菌视紫红质和ATP合酶部分自发地整合到人工光合细胞器中，进一步增强了ATP的光合活性。
正如库鲁马教授所说:“长期以来，我一直在尝试构建一个活的人造细胞，尤其是关注细胞膜。在这项工作中，我们的人工细胞被包裹在脂质膜中，并在其中包裹小的膜结构。因此，细胞膜是形成细胞最重要的部分，我想展示这一点在研究人工细胞和生命起源研究中的重要性。”
Kuruma认为这项工作最大的影响是人造细胞能够产生能量来合成细胞本身的部分。这意味着人造细胞可以被制造成能量独立的，然后就有可能构建自我维持的细胞，就像真正的生物细胞一样。“这项工作中最具挑战性的是细菌视紫红质和ATP合酶部分的光合作用，这是膜蛋白。我们试图对含有8种组分蛋白的ATP合酶进行光合作用，但由于无细胞蛋白合成系统的低生产力，我们无法进行光合作用。但是，如果它被升级，我们可能会对所有8种成分蛋白进行光合作用。”
然而，这项研究表明，一个简单的生物激发系统，包括两种膜蛋白，能够提供能量驱动基因表达在一个微室。因此，利用阳光作为原始能量来源的原始细胞可能在现代自养细胞出现之前就已经存在于生命进化的早期。该团队相信，构建活的人造细胞的尝试将有助于理解早期地球上发生的从无生命物质到有生命物质的转变，并有助于开发能够感知光并驱动生化反应的基于生物学的设备。这些人工光合细胞系统也为构建能量独立的人工细胞铺平了道路。
——文章发布于2019年3月25日
