■樹葉細胞中的葉綠體負責進行光合作用，為細胞製造食物。 作者供圖上次跟大家談到合成生物學（Synthetic Biology ）的一大目標：人工合成細胞，還簡單分享了製造這些細胞的最初步驟。今天再跟大家探討多一些製成人造細胞需要面對的困難。
不知大家有沒有留意，細胞其實是一間很繁忙的工廠：每秒鐘在細胞內進行的生化作用，不啻數以千計，當中包括各種酵素協助其他分子分解、組成更複雜的物質或轉換成其他化學物。而要確保一間工廠正常運作，可靠的能量來源自然不可或缺。要理解這點應該不難，只需想一想我們為什麼會肚子餓就可以了。
線粒體提供能量
存在於許多細胞中的線粒體（mitochondrion）正是負責維持細胞能量供應的重要部門。線粒體會將身體吸收了的食物轉化成一種名為「三磷酸腺苷（ATP）」的化合物。ATP這種化學物質被稱為身體中的「能量代幣」：ATP會被運送到身體的不同部分，而當ATP轉化成另一種名叫ADP的物質的時候，所釋放出來的能量就可以為身體所用。
因此，身體各部位只要拿到ATP這些儲「能」代幣，就可以得到能量去完成各種任務了。不過ATP不會被身體用盡：線粒體會利用吸收到的食物將ADP變回ATP，因此這些「充值」了的「代幣」又可以再次使用了。
合成生物學家們自然也希望能為他們的人造細胞提供這樣的能量來源，否則一枚一直依賴外來能源的人工細胞，看起來就不是十分完全了。上次提到，科學家利用脂肪包裹住蛋白質來製成「脂質體（liposome）」。這些脂質體除了可以用來做人工細胞的雛形外，還可以用來做人工細胞中的各種「部件」。
德國馬克斯普朗克醫學研究所（Max Planck Institute for Medical Research）的Joachim Spatz和他的研究團隊，就利用脂質體來製造簡單的人工線粒體：他們成功利用聚合物（polymer）將脂質體穩定住，然後再將「ATP合酶（ATP synthase）」這種酵素注射到脂質體的表面上。
ATP合酶能夠利用穿過脂質體表面的質子來驅動ATP的製成，那麼我們只需增加脂質體外圍的質子數量，就可以推動脂質體的內部產生ATP了，這些脂質體就成為了我們原始版本的線粒體了。
光合作用得能量
細胞中另一個常見的產生能量的方法就是光合作用。德國馬克斯普朗克陸地微生物學研究所（Max Planck Institute for Terrestrial Microbiology）的Tobias Erb和他的研究小組，一直在尋找比光合作用更有效的方法。
他們設計了一個將二氧化碳轉化為食物的生化程序，並在9種生物之中找到了17種可以用來驅動這些程序的酵素。
經過多番的修訂後，Erb認為他們的程序比光合作用有效20%。Erb現在希望能夠製成相關的「部件」，加於人工細胞中用來進行他們設計的製造食物程序，就好比樹葉細胞中的葉綠體負責進行光合作用，為細胞製造食物一樣。
不過整個業界面對的其中一大難題，上次也跟大家提到了：細胞中有許許多多不同的生化反應在進行着，但是當太多的化學物質、蛋白質聚集在一起的時候，它們會相互影響，以致很多生化反應都不能正常運作。
一顆真正的細胞十分複雜，當中有着不同的方法將那些「水火不容」的化學物質分隔開來。看來要成功製成一枚人造細胞，我們還要再多動點腦筋。■張文彥 香港大學理學院講師
短暫任職見習土木工程師後，決定追隨對科學的興趣，在加拿大多倫多大學取得理學士及哲學博士學位，修讀理論粒子物理。現任香港大學理學院講師，教授基礎科學及通識課程，不時參與科學普及與知識交流活動。
逢星期三見報
