科技日?qǐng)?bào)記者 張夢(mèng)然

美國(guó)耶魯大學(xué)合成生物學(xué)家創(chuàng)建了一種新型基因組重新編碼生物體（GRO），并命名為“赭石”（Ochre），實(shí)現(xiàn)了對(duì)生物體遺傳密碼的重寫。這一成果發(fā)表在最新一期《自然》雜志上，不僅促進(jìn)了人類對(duì)遺傳密碼可塑性的理解，也為未來合成生物學(xué)的應(yīng)用提供了更多可能。

在這項(xiàng)研究中，科學(xué)家成功將DNA或RNA中的冗余密碼子壓縮成單一密碼子。密碼子用于指導(dǎo)特定氨基酸的加入或指示蛋白質(zhì)合成的終止。具體來說，密碼子是DNA和RNA中由3個(gè)核苷酸組成的序列，它在蛋白質(zhì)合成過程中起到“說明書”的作用，指示細(xì)胞將20種天然氨基酸中的某一種添加到正在增長(zhǎng)的蛋白質(zhì)鏈中。此外，存在3種“終止密碼子”：TAG、TGA和TAA，它們標(biāo)志著蛋白質(zhì)合成的結(jié)束。

此次，科學(xué)家消除了大腸桿菌中用于終止蛋白質(zhì)合成的3個(gè)“終止密碼子”中的兩個(gè)，并重新分配了密碼子的功能，使非標(biāo)準(zhǔn)氨基酸能夠被編碼進(jìn)蛋白質(zhì)中。

這項(xiàng)突破性工作，基于超過1000次精確編輯的全基因組工程，其規(guī)模比以往任何同類工程都要大一個(gè)數(shù)量級(jí)。此外，科學(xué)家還利用人工智能（AI）技術(shù)，設(shè)計(jì)并改良了必需的蛋白質(zhì)和RNA翻譯因子，創(chuàng)造了一種可以使用兩種非標(biāo)準(zhǔn)氨基酸的新菌株。這些非標(biāo)準(zhǔn)氨基酸賦予蛋白質(zhì)新的特性，如降低免疫原性或增強(qiáng)導(dǎo)電性，從而為可編程生物治療藥物和生物材料的發(fā)展開辟了新途徑。

“赭石”的創(chuàng)建，是向構(gòu)建具有非冗余遺傳密碼大腸桿菌邁出的重要一步，它特別適合生產(chǎn)含有多種不同合成氨基酸的蛋白質(zhì)。同時(shí)，通過這種技術(shù)生產(chǎn)的合成蛋白質(zhì)，對(duì)于醫(yī)療和工業(yè)應(yīng)用均擁有巨大潛力。

總編輯圈點(diǎn)：

“赭石”的誕生，無疑標(biāo)志著合成生物學(xué)進(jìn)入了一個(gè)新時(shí)代。它顯著推動(dòng)了我們對(duì)遺傳密碼的理解。這種理解為探索新的生物學(xué)功能開辟了道路，例如設(shè)計(jì)特定功能的蛋白質(zhì)、降低免疫原性研究等，都將極大促進(jìn)個(gè)性化醫(yī)療的發(fā)展。此外，在工業(yè)上，該技術(shù)也有望帶來更高效、環(huán)保的生物制造方法。不過，我們也要看到這一進(jìn)步背后的倫理與技術(shù)挑戰(zhàn)：如何確保其在醫(yī)學(xué)上被安全使用？怎樣平衡其益處與風(fēng)險(xiǎn)？這些或是未來需要深入探討的問題。