重新編碼基因組示意圖。科學家將3種終止密碼子簡化為一種非退化性TAA密碼子，原來的TGA和TAG密碼子被重新分配了功能，用於編碼非標準胺基酸。
這些胺基酸可被加入到合成蛋白質中，並擁有廣泛的應用前景。圖片來源：美國耶魯大學
科技日報北京2月13日電（記者張夢然）美國耶魯大學合成生物學家創建了一種新型基因組重新編碼生物體（GRO），並命名為“赭石”（Ochre），實現了對生物體遺傳密碼的重寫。這一成果發表在最新一期《自然》雜誌上，不僅促進了人類對遺傳密碼可塑性的理解，也為未來合成生物學的應用提供了更多可能。
在這項研究中，科學家成功將DNA或RNA中的冗餘密碼子壓縮成單一密碼子。密碼子用於指導特定胺基酸的加入或訓示蛋白質合成的終止。具體來說，密碼子是DNA和RNA中由3個核苷酸組成的序列，它在蛋白質合成過程中起到“說明書”的作用，訓示細胞將20種天然胺基酸中的某一種添加到正在增長的蛋白質鏈中。此外，存在3種“終止密碼子”：TAG、TGA和TAA，它們標誌著蛋白質合成的結束。
此次，科學家消除了大腸桿菌中用於終止蛋白質合成的3個“終止密碼子”中的兩個，並重新分配了密碼子的功能，使非標準胺基酸能够被編碼進蛋白質中。
這項突破性工作，基於超過1000次精確編輯的全基因組工程，其規模比以往任何同類工程都要大一個數量級。此外，科學家還利用人工智慧（AI）科技，設計並改良了必需的蛋白質和RNA翻譯因數，創造了一種可以使用兩種非標準胺基酸的新菌株。這些非標準胺基酸賦予蛋白質新的特性，如降低免疫原性或增强導電性，從而為可程式設計生物治療藥物和生物資料的發展開闢了新途徑。
“赭石”的創建，是向構建具有非冗餘遺傳密碼大腸桿菌邁出的重要一步，它特別適合生產含有多種不同合成胺基酸的蛋白質。同時，通過這種技術生產的合成蛋白質，對於醫療和工業應用均擁有巨大潜力。
“赭石”的誕生，無疑標誌著合成生物學進入了一個新時代。它顯著推動了我們對遺傳密碼的理解。這種理解為探索新的生物學功能開闢了道路，例如設計特定功能的蛋白質、降低免疫原性研究等，都將極大促進個性化醫療的發展。此外，在工業上，該科技也有望帶來更高效、環保的生物製造方法。不過，我們也要看到這一進步背後的倫理與科技挑戰：如何確保其在醫學上被安全使用？怎樣平衡其益處與風險？這些或是未來需要深入探討的問題。