基因组重编码生物体“赭石”诞生
新编码基因组示意图。科学家将3种终止密码子简化为一种非退化性TAA密码子，原来的TGA和TAG密码子被重新分配了功能，用于编码非标准氨基酸。这些氨基酸可被加入到合成蛋白质中，并拥有广泛的应用前景。图片来源：美国耶鲁大学
科技日报北京2月13日电 （记者张梦然）美国耶鲁大学合成生物学家创建了一种新型基因组重新编码生物体（GRO），并命名为“赭石”（Ochre），实现了对生物体遗传密码的重写。这一成果发表在最新一期《自然》杂志上，不仅促进了人类对遗传密码可塑性的理解，也为未来合成生物学的应用提供了更多可能。
在这项研究中，科学家成功将DNA或RNA中的冗余密码子压缩成单一密码子。密码子用于指导特定氨基酸的加入或指示蛋白质合成的终止。具体来说，密码子是DNA和RNA中由3个核苷酸组成的序列，它在蛋白质合成过程中起到“说明书”的作用，指示细胞将20种天然氨基酸中的某一种添加到正在增长的蛋白质链中。此外，存在3种“终止密码子”：TAG、TGA和TAA，它们标志着蛋白质合成的结束。
此次，科学家消除了大肠杆菌中用于终止蛋白质合成的3个“终止密码子”中的两个，并重新分配了密码子的功能，使非标准氨基酸能够被编码进蛋白质中。
这项突破性工作，基于超过1000次精确编辑的全基因组工程，其规模比以往任何同类工程都要大一个数量级。此外，科学家还利用人工智能（AI）技术，设计并改良了必需的蛋白质和RNA翻译因子，创造了一种可以使用两种非标准氨基酸的新菌株。这些非标准氨基酸赋予蛋白质新的特性，如降低免疫原性或增强导电性，从而为可编程生物治疗药物和生物材料的发展开辟了新途径。
“赭石”的创建，是向构建具有非冗余遗传密码大肠杆菌迈出的重要一步，它特别适合生产含有多种不同合成氨基酸的蛋白质。同时，通过这种技术生产的合成蛋白质，对于医疗和工业应用均拥有巨大潜力。
“赭石”的诞生，无疑标志着合成生物学进入了一个新时代。它显著推动了我们对遗传密码的理解。这种理解为探索新的生物学功能开辟了道路，例如设计特定功能的蛋白质、降低免疫原性研究等，都将极大促进个性化医疗的发展。此外，在工业上，该技术也有望带来更高效、环保的生物制造方法。不过，我们也要看到这一进步背后的伦理与技术挑战：如何确保其在医学上被安全使用？怎样平衡其益处与风险？这些或是未来需要深入探讨的问题。
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