多細胞行為的協調是生物體實現復雜功能的核心機制。然而，作為合成生物學領域的經典模式生物，釀酒酵母（

Saccharomyces

cerevisiae

2025年7月11日，英國倫敦帝國理工學院Tom Ellis團隊在Cell期刊發表了題為“Engineering yeast multicellular behaviours via synthetic adhesion and contact signalling”的研究論文。該研究由孟凡康博士（現任涌源合生首席科學家）作為第一作者完成，系統性地構建并驗證了一整套用于編程酵母多細胞行為的合成生物學工具。研究團隊通過開發MARS（接觸依賴型信號系統）與SATURN（程序化細胞黏附工具包）兩大核心模塊，首次在酵母中實現了對細胞間局部通訊和空間組織的可控編程。在此基礎上，團隊進一步整合兩大模塊，成功構建了多細胞邏輯電路、可控的形態發生模式，以及一個用于高通量篩選蛋白相互作用的新型傳感平臺JUPITER。這項工作為利用簡單的底盤生物模擬和設計復雜生命過程奠定了堅實基礎，并拓展了其在生物制造、活體診斷及抗體藥物開發等領域的應用潛力。

MARS系統：為酵母建立接觸依賴的“本地通訊網絡”

為解決傳統分泌型信號分子難以實現精細空間調控的問題，研究團隊首先著手構建了實現細胞間接觸依賴型信號轉導的MARS（Mating-peptideAnchoredResponseSystem）系統。其核心設計是將天然分泌的真菌交配肽，通過表面展示技術錨定于“展示細胞”表面，使其成為一種不可自由擴散的信號配體。當展示細胞與表達相應G蛋白偶聯受體（GPCR）的“感受細胞”發生直接物理接觸時，信號通路才被激活，從而模擬了天然多細胞生物中的類旁分泌（juxtacrine-like）通訊模式。

研究團隊通過系統的工程化優化，包括篩選最佳的肽段展示策略、調控組件表達水平以提高信噪比和動態范圍，成功開發了8對表現出高度正交性的MARS模塊。這些模塊互不串擾，能夠作為獨立的通訊通道，用于構建多步信號傳遞級聯（信號鏈）和復雜的多細胞邏輯門電路，證明了該系統在編程復雜信息處理網絡中的強大能力。

SATURN系統：提供可編程的細胞黏連元件

在多細胞體系中，細胞間的選擇性黏附是驅動組織形成與空間分區的物理基礎。為此，團隊開發了名為SATURN（S

accharomyces

模塊協同與JUPITER系統：從模擬分化到高通量蛋白互作篩選

當MARS的通訊功能與SATURN的結構功能相結合時，該系統能夠編程實現更為復雜的集體行為，如“隔離”、“相分離”和“橋接”等群體模式，并觸發依賴于細胞空間位置的基因表達，這成功模擬了多細胞分化的核心特征。在“橋接”模式中，研究團隊發現，由黏附介導的穩定細胞接觸能顯著增強MARS信號的傳遞效率，這一機制直接啟發了JUPITER（JUxtacrine sensor forProtein-proteinInTERaction）系統的核心設計思路。

JUPITER系統巧妙地將待檢測的一對蛋白相互作用（PPI）作為SATURN模塊，用于介導細胞間的接觸。當待測蛋白對發生強結合時，細胞接觸的穩定性增加，從而放大MARS模塊的信號輸出。通過這種方式，微觀的分子親和力被成功轉化為宏觀的、可讀的細胞表型（如熒光或生長優勢）。與傳統依賴蛋白純化或細胞融合的篩選方法不同，JUPITER系統無需蛋白純化、操作簡便，可在活細胞共培養條件下直接進行高通量、高靈敏度的親和力篩選。研究中，該系統不僅能有效區分不同抗原-抗體對，更能精細識別出納米抗體單點突變體之間微弱的親和力差異，充分驗證了其在抗體親和力成熟和蛋白工程改造中的應用潛力。

綜上所述，該研究系統性地建立了用于工程化酵母多細胞行為的兩大核心工具MARS和SATURN，它們均具備高正交性、模塊化和可調控性等優良特性。在此基礎上衍生的JUPITER平臺，更是為細胞表面蛋白的相互作用研究和高通量篩選提供了一種全新的、高效的解決方案。這項工作填補了釀酒酵母合成生物學工具箱在精細結構控制與局部信號感知方面的關鍵空白，為將來在簡單生物中模擬復雜發育過程、構建分布式生物計算系統以及開發下一代活體診斷與治療平臺奠定了堅實的基礎。

https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.06.025

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