根據《自然》雜誌5月16日發布的最新論文顯示，英國劍橋大學MRC分子生物學實驗室的賈森·欽（Jason Chin）教授與其同事重新編碼了一個大腸杆菌菌株的全部基因組。

研yan究jiu人ren員yuan表biao示shi，他ta們men已yi經jing用yong實shi驗yan室shi合he成cheng的de完wan整zheng基ji因yin組zu副fu本ben替ti換huan了le大da腸chang杆gan菌jun的de所suo有you基ji因yin，這zhe是shi朝chao著zhe創chuang造zao細xi菌jun邁mai出chu的de重zhong要yao一yi步bu。研yan究jiu人ren員yuan介jie紹shao
，這zhe些xie細xi菌jun通tong過guo基ji因yin改gai造zao，可ke以yi製zhi成cheng特te定ding的de聚ju合he物wu等deng材cai料liao，並bing為wei在zai未wei來lai添tian加jia病bing毒du抗kang性xing等deng新xin特te性xing的de生sheng物wu製zhi造zao鋪pu平ping了le道dao路lu。

超過1.8萬次編輯，進行基因組內的“查找替換”

據《衛報》介紹，此次合成的人工基因組包含400萬對堿基對，這些堿基對是由字母G、A、T和C組成的遺傳密碼單位構成。這些堿基對全部打印在A4紙上，長達970頁
，是迄今為止科學家們構建的最大基因組。

“之前我們完全不確定
，是否有可能讓一個基因組變得如此之大，以及是否有可能對它進行如此大的改變。”領導該項目的合成生物學專家賈森·欽(Jason Chin)表示。

從水母到人類，幾乎所有的生命都使用64個密碼子。但實際上，這些密碼子中有一部分發揮著相同的作用。這64個密碼子中，有61個密碼子產生20種天然氨基酸，這些氨基酸可以像串珠一樣串在一起

，形成自然界中的任何蛋白質，另外3個密碼子實際上是停止信號。

因此，劍橋大學的研究小組著手重新設計大腸杆菌基因組的主要工作，就是去除其中一些“多餘”的密碼子。科學家們仔細檢查了這種細菌的DNA，每當他們遇到TCG，即產生一種叫做絲氨酸的氨基酸的密碼子，他們就把它重寫為AGC，他們以類似的方式替換了另外兩個密碼子，等於進行了一種“同義詞替換”的改寫。

在超過18000次的編輯之後，科學家們已經從這種細菌的基因組中刪除了這三個密碼子的每一次出現，這意味著
，重新合成的大腸杆菌隻有61個密碼子
，而不是通常的64個。

在此之後
，重新設計的遺傳密碼然後開始化學合成，一塊一塊地添加到大腸杆菌中，取代了有機體的自然基因組，一種微生物的DNA編碼就此完全合成，並發生了根本性的改變。

這種名為Syn61的病毒比正常病毒稍長一些
，生長速度也慢一些，但仍然存活了下來。

設計生命形式的重大利好：未來或用於生物製藥

賈森·欽教授相信，這樣的設計生命形式遲早會派上用場。

由於大腸杆菌和普通細菌的DNA不(bu)同(tong)
，入(ru)侵(qin)病(bing)毒(du)將(jiang)難(nan)以(yi)在(zai)體(ti)內(nei)傳(chuan)播(bo)，使(shi)它(ta)們(men)實(shi)際(ji)上(shang)具(ju)有(you)了(le)抗(kang)病(bing)毒(du)能(neng)力(li)

，而(er)這(zhe)可(ke)能(neng)帶(dai)來(lai)重(zhong)大(da)利(li)好(hao)。因(yin)為(wei)目(mu)前(qian)
，大(da)腸(chang)杆(gan)菌(jun)已(yi)經(jing)被(bei)生(sheng)物(wu)製(zhi)藥(yao)工(gong)業(ye)用(yong)於(yu)製(zhi)造(zao)治(zhi)療(liao)糖(tang)尿(niao)病(bing)的(de)胰(yi)島(dao)素(su)和(he)其(qi)他(ta)治(zhi)療(liao)癌(ai)症(zheng)、多發性硬化症
、心xin髒zang病bing和he眼yan科ke疾ji病bing的de藥yao物wu
，但dan當dang細xi菌jun培pei養yang物wu被bei病bing毒du或huo其qi他ta微wei生sheng物wu汙wu染ran時shi，整zheng個ge生sheng產chan過guo程cheng可ke能neng會hui被bei破po壞huai，而er這zhe種zhong經jing過guo重zhong組zu的de細xi菌jun就jiu能neng夠gou避bi免mian這zhe些xie問wen題ti。

這還不是全部——在未來的工作中，這些被解放的基因代碼可以被重新利用，使細胞大量生產蛋白質和藥物。

“因此，這一成功在一方麵是技術成就，另一方麵也向人類展示了生物學的一些本質特性，以及遺傳密碼具有多大的可塑性。”賈森·欽教授表示
，解碼大腸杆菌基因組意味著，代碼中未使用的部分現在可以被用於其他作用。

而至於生物學本質特性的問題，賈森·欽表示
，自從20世紀60年代起，當科學家們第一次破解這個密碼時，人們就一直不清楚為什麼它會以這樣的方式工作——有這麼多的可能性，為什麼偏偏是這樣的一種方式?

1968年，DNA化學結構的共同發現者弗朗西斯·克裏克認為
，一旦基本生命形式進化出來，三重密碼就會被鎖定
，因為任何偏離通用程序的行為都將是一個巨大的劣勢。

“但是，通過移除密碼子，我們正在打破這種共同的語言，我們正在解凍代碼。”賈森·欽說。

科學家正在嚐試用更多編碼變化製造細菌基因組

實際上

，前兩次合成細菌基因組是2008年和2010年在J.克雷格文特爾研究所(J. Craig Venter Institute)創建的。

第一次進行合成的細菌名為支原體
，其基因組比大腸杆菌要小，大約隻有100萬(wan)對(dui)堿(jian)基(ji)對(dui)，而(er)且(qie)
，在(zai)這(zhe)次(ci)試(shi)驗(yan)中(zhong)

，並(bing)沒(mei)有(you)進(jin)行(xing)徹(che)底(di)的(de)重(zhong)新(xin)設(she)計(ji)。因(yin)此(ci)
，此(ci)次(ci)劍(jian)橋(qiao)大(da)學(xue)科(ke)學(xue)家(jia)合(he)成(cheng)的(de)大(da)腸(chang)杆(gan)菌(jun)基(ji)因(yin)組(zu)的(de)大(da)小(xiao)是(shi)它(ta)們(men)的(de)四(si)倍(bei)，創(chuang)造(zao)了(le)新(xin)的(de)紀(ji)錄(lu)。

美國研究集團克萊德·哈奇森(Clyde Hutchison)在評論這次最新成果時表示:“這種基因組置換規模，比迄今報道的任何完整基因組置換規模都要大。”

倫敦帝國理工學院(Imperial College London)合成生物學研究員湯姆·埃利斯(Tom Ellis)表示:“他(ta)們(men)將(jiang)合(he)成(cheng)基(ji)因(yin)組(zu)學(xue)領(ling)域(yu)提(ti)升(sheng)到(dao)了(le)一(yi)個(ge)新(xin)的(de)水(shui)平(ping)
，不(bu)僅(jin)成(cheng)功(gong)構(gou)建(jian)了(le)迄(qi)今(jin)為(wei)止(zhi)最(zui)大(da)的(de)合(he)成(cheng)基(ji)因(yin)組(zu)，而(er)且(qie)對(dui)基(ji)因(yin)組(zu)的(de)編(bian)碼(ma)變(bian)化(hua)也(ye)達(da)到(dao)了(le)迄(qi)今(jin)為(wei)止(zhi)的(de)最(zui)高(gao)水(shui)平(ping)。”

但這些紀錄可能不會持續太久——目mu前qian，埃ai利li斯si和he其qi他ta人ren正zheng在zai為wei麵mian包bao酵jiao母mu構gou建jian一yi個ge合he成cheng基ji因yin組zu
，除chu此ci之zhi外wai

，哈ha佛fo大da學xue的de科ke學xue家jia們men也ye正zheng在zai用yong更geng多duo的de編bian碼ma變bian化hua來lai製zhi造zao細xi菌jun基ji因yin組zu。