一场生物学的革命：剑桥科学家取得遗传密码突破

剑桥大学(Cambridge)的研究人员对微生物的遗传密码进行了重新编码，创造出一种拥有不同于任何天然微生物特性的合成细胞，为给从塑料到抗生素的所有产品提供新物质开创了可能性。

脱氧核糖核酸(DNA)是所有遗传过程的核心。人类已经掌握了如何操纵和编辑DNA的知识，但到目前为止，人类还无法改变已有30亿年历史的遗传密码。DNA通过遗传密码指示细胞形成氨基酸链，这些氨基酸链进而构成活性生命分子。

MRC分子生物学实验室(Laboratory of Molecular biology)项目负责人贾森·钦(Jason Chin)表示：“这可能是生物学领域的一场革命。

“这些微生物可以被转变成可再生和可编码的工厂，人工合成大量具有新特性的新型分子，这可能给生物技术和医药，包括制造抗生素等新药带来益处。”

发表在《科学》(Science)期刊上的具有里程碑意义的研究，建立在该团队2019年取得的突破之上，当时该团队合成了一种常见的肠道微生物——大肠杆菌，其所有DNA（即基因组）完全由实验室化学物质合成。

科学家们如今已经重新编辑了这一被称为Syn61的新型大肠杆菌的遗传密码，不仅改变了DNA，还改变了将基因转化为生物化学产品的相关细胞机制。此举创造了一种像大肠杆菌一样生长、但具有其他特性的新生物。

这一过程的关键是DNA内部的生化“字母”——A、T、C和G。每3个“字母”组成一种“密码子”。每一种“密码子”都会指示细胞向正在生长的蛋白质链添加一种特定的氨基酸。自地球出现生命以来，所有生物都以这种方试储存遗传信息。

由于共有64种可能的密码子和仅20种自然生成的氨基酸，因此遗传密码存在很多冗余。剑桥大学的科学家利用了这一点，他们利用一些密码子合成自然界中不存在的不同构造单元，同时仍允许细胞合成生命所需的所有蛋白质。

可以把自然界的遗传密码比作一个英文电脑键盘，而键盘上的某些字母出现不止一次。剑桥大学研究团队实际上已将一个重复的字母A转换成希腊字母α，将一个多余的字母B转换成β，以此类推，使这个键盘既可以输入英文，也可以输入希腊文。

实验表明，经过编辑的微生物细胞可以将外来的单体（分子构造单元）串在一起，构成新型蛋白质和被称为聚合物的其他大分子。

“我们希望利用这些微生物来发现和制造长链合成聚合物，它们可以折叠成不同结构，并可能形成新型物质，”贾森·钦说，并补充称，另一方面的应用将是新型聚合物，如生物可降解塑料。

波士顿学院(Boston College)的德莉拉·朱厄尔(Delilah Jewel)和阿比谢克·查特吉(Abhishek Chatterjee)表示，使用“非天然构造单元”的技术将开启无数新应用，“从新型生物治疗药物的研发，到具有创新特性的生物材料”。这两位顶尖科学家并未参与剑桥大学的这项研究。

该技术的一个优势是，人工合成的微生物不会被病毒感染，因为病毒需要通过自然遗传过程才能在宿主细胞中复制。

“如果一种病毒进入了盛有用于制造某些药物的微生物的容器中，那么它将毁掉整批药物，”贾森·钦解释说，“我们改造后的微生物细胞可以克服这个问题，因为它们可以完全抵御病毒感染。”

贾森·钦强调了微生物工程的“巨大商业潜力”，并补充说，有关保护知识产权的谈判已在进行中。