科学家团队成功重写大肠杆菌（Escherichia coli）的遗传密码，将原本自然界所有生物共有的64个遗传密码子缩减至57个。这项突破性研究近期发表于《科学》（Science）期刊，为开发病毒抗性微生物和新型药物开辟了新路径。
简化基因组的科学意义
地球上所有生物的DNA由四种核苷酸碱基（腺嘌呤A、胸腺嘧啶T、鸟嘌呤G、胞嘧啶C）组成，三个碱基组合成64个密码子，其中61个编码20种天然氨基酸，3个作为蛋白质合成终止信号。这种冗余性使科学家尝试"释放"多余密码子——通过基因编辑技术将特定密码子从基因组中移除，腾出空间重新编程以编码非天然氨基酸。
英国医学研究委员会分子生物学实验室（MRC-LMB）的合成生物学家韦斯利·罗伯逊（Wesley Robertson）团队耗时四年，对大肠杆菌400万对碱基的基因组进行全人工重构。经过超10万次DNA序列修改，最终获得名为Syn57的合成菌株，其基因组删除了7种重复密码子并优化了基因表达调控机制。
研究突破与挑战
2019年该团队曾创造出61密码子的Syn61菌株（删除3个终止密码子），此次研究难度大幅提升。"这是一项艰巨工程"，罗伯逊在接受《新科学家》采访时表示，"我们经历了多次技术瓶颈，需要开发全新的基因修复技术"。哈佛大学合成生物学家阿科斯·涅格斯（Ákos Nyerges）团队采用不同策略也在构建57密码子菌株，目前处于基因组拼接阶段。
当前Syn57菌株的生长速度仅为天然菌株的四分之一，但研究人员通过优化基因调控元件已观察到生长潜力提升。这种简化基因组具有三大优势：
- 病毒抗性：密码子缺失使噬菌体无法正常复制，可能成为工业生产中的抗病毒底盘细胞
- 药物开发：可编码非天然氨基酸，生产包含特殊化学结构的治疗性蛋白质
- 生物安全：遗传系统与自然生物存在本质差异，降低基因污染风险
应用前景与技术演进
Syn61菌株自2019年问世以来，已在胰岛素等生物药生产中展现优势。Syn57进一步拓展了基因工程边界，其合成的非天然蛋白可能催生抗癌药物或抗病毒疗法。《化学与工程新闻》（C&EN）指出，这种"非自然生命形式"标志着合成生物学从修补自然基因到设计全新生命系统的转变。
目前研究团队正致力于：
- 通过基因回补实验验证密码子删除对代谢路径的影响
- 开发专用tRNA/酶系统实现非天然氨基酸高效编码
- 与制药企业合作探索药物生产应用
《纽约时报》报道指出，该研究实现了合成基因组学领域三大突破：首次大规模密码子删除、建立基因组稳定性修复机制、验证非自然生命系统的可行性。随着DNA合成成本持续下降（当前全基因组合成费用约20万美元），预计十年内将出现更多定制化合成生物体。
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