科学家用新的遗传密码创建生物体

科学家们第一次从根本上改变了生物体的遗传密码，从而增加了研究人员可能能够改造自然并创造出有效的新型蛋白质来对抗疾病的可能性。

耶鲁大学和哈佛大学的科学家们重新编码了生物的整个基因组，并提高了细菌抵抗病毒的能力，这充分证明了重写生物遗传密码的潜力。

耶鲁大学分子，细胞和发育生物学助理教授，10月18日发表在《科学》杂志上的这项研究的共同作者之一法伦·艾萨克斯（Farren Isaacs）说：“这是第一次对遗传密码进行了根本性的改变。”“用新的遗传密码创建生物体，使我们能够以许多有力的方式扩大生物学功能的范围。”

基因组编码的生物的产生增加了可能性，即研究人员可能能够改造自然并创建有效的新形式的蛋白质来实现无数的目的-从抗击疾病到产生新的材料类别。

这项由艾萨克斯（Isaacs）牵头和哈佛医学院乔治·丘奇（George Church）合着的研究是合成生物学新兴领域多年研究的产物，该领域旨在为有用的目的重新设计天然生物系统。

在这种情况下，研究人员改变了生物学的基本规则。

蛋白质由DNA的使用手册编码，由20个氨基酸组成，在细胞中起着许多重要的功能性作用。氨基酸由构成DNA骨架的四个核酸的64个三联体组合的全套编码。这些三胞胎（三个核苷酸的集合）称为密码子，是生命的遗传字母。

艾萨克斯（Isaacs），耶鲁大学（Yale）的杰西·里内哈特（Jesse Rinehart）和哈佛大学的研究人员探索了它们是否可以通过在整个基因组中替换不同的密码子或字母，然后重新引入全新的字母来创建自然界中未发现的氨基酸，来扩展自然的人工方法。这项工作标志着遗传密码首次在生物体的基因组中完全改变。

在这项新研究中，与大肠杆菌合作的研究人员交换了一个密码子，并消除了终止蛋白质生产的天然停车标志。新的基因组通过限制病毒用于感染细胞的天然蛋白质的产生，使细菌能够抵抗病毒感染。艾萨克斯（Isaacs）与哈佛大学的马克·拉乔（Marc Lajoie），耶鲁大学的亚历克西斯·罗夫纳（Alexis Rovner）及其同事合作，然后将“终止”密码子转换为编码新氨基酸的密码子，并以即插即用的方式将其插入基因组。

现在，这项工作为将经过重新编码的细菌转变为活的铸造厂奠定了基础，该工厂能够生物制造新型的“外来”蛋白质和聚合物。艾萨克斯说，这些新分子可能为新一代材料，纳米结构，治疗剂和药物传递载体奠定基础。

艾萨克斯说：“由于遗传密码是通用的，因此提高了对其他生物的基因组进行编码的前景。”“这对生物技术行业产生了巨大的影响，并可能为研究和应用开辟全新的途径。”

耶鲁大学的其他参与研究人员是Hans Aerni和Adrian Haimovich。

出版物：Marc J. Lajoie等人，“基因组编码的生物扩展了生物学功能”，《科学》，2013年10月18日：卷342号6156第357-360页； DOI：10.1126 / science.1241459

图像：耶鲁大学新闻