摘要：在基因工程的一项里程碑式壮举中，剑桥大学 MRC 分子生物学实验室 (LMB) 的研究人员培育出了一种仅用 57 个密码子就能发挥作用的大肠杆菌菌株，而几乎所有已知生命所使用的密码子都为 64 个。

Syn57 是迄今为止最彻底的重新编码生物，其设计目的是解锁新材料、抵抗病毒并重新定义生命。

在基因工程的一项里程碑式壮举中，剑桥大学 MRC 分子生物学实验室 (LMB) 的研究人员培育出了一种仅用 57 个密码子就能发挥作用的大肠杆菌菌株，而几乎所有已知生命所使用的密码子都为 64 个。

这种名为 Syn57 的合成细菌拥有迄今为止最彻底压缩的遗传密码，为未来能够创造非天然材料、抗病毒生物工厂和先进聚合物的生物打开了大门。

遗传密码是生命用来构建蛋白质的通用系统。

它以三个字母的序列（称为密码子）读取 DNA 和 RNA，这些密码子指定氨基酸或发出何时停止制造蛋白质的信号。

重新连接基因剧本

生命通常使用 64 个密码子来编码 20 种氨基酸和 3 个终止信号，这意味着存在内置冗余。

通过去除一些重复的密码子，科学家可以重新利用基因组中的空间来重新分配新的生化功能。

LMB 的 Jason Chin 团队之前创建了 Syn61，这是一种仅使用 61 个密码子的完全合成大肠杆菌菌株。

早期版本已经被重新编程，包括非典型氨基酸（自然界中不存在的化学构件），以创建全新的聚合物。

现在，Syn57 将这一概念进一步扩展，消除了七个额外的密码子：四个丝氨酸密码子、两个丙氨酸密码子和一个终止密码子。

总体而言，该团队在细菌的 4 兆碱基基因组中替换了超过 101,000 个密码子实例。

为了管理这次重写的规模，基因组被分成 38 个合成 DNA 片段，每个片段长约 100,000 个碱基。

这些片段是利用同源重组构建的，并使用一种名为 uREXER（复制子切除增强重组）的工具进行组装，该技术结合了 CRISPR-Cas9 和病毒酶，可以在一个步骤中精确地交换 DNA。

在逐步测试过程中，我们发现了阻碍重新编码或阻碍细菌生长的问题基因组区域。

该团队通过重构重叠基因、调整密码子选择和优化 N 端编码序列来改善基因表达，从而解决了这些问题。

合成细胞，真实影响

利用细菌交配将所得片段合并成一系列半合成菌株，然后将其聚合组装成最终的完全合成的 Syn57 生物体。

尽管其代码发生了根本性的改变，Syn57 仍能生长并发挥功能。

释放的密码子现在可以重新用于引入更多的非规范氨基酸，从而能够合成定制合成聚合物、大环化合物以及具有可编程特性的潜在新材料。

至关重要的是，Syn57 可能对许多依赖宿主标准遗传密码进行复制的病毒具有免疫力。这可以消除生物制造中断的一个主要来源，从而使工业药物生产更安全、更便宜。

“这是一个彻底重新编码的基因组，”首席研究员韦斯·罗伯逊说。“以今天的技术，这可能是生命所能使用的最压缩的代码了。”

这项研究发表在《科学》杂志上，由英国研究与创新署、欧洲研究理事会、威康信托基金会等机构资助。

来源：邓亚琪