《Nature》哈佛大学乔治·丘奇通过合成基因组设计抗病毒细菌

与修改活细胞中现有基因组的技术不同，合成基因组可以从零开始设计和构建。这意味着基因组变化的规模，以及由此导致的细胞功能变化的规模，不再受到现有的DNA编辑能力的限制。之前的研究中已经为模式生物大肠杆菌建立了一个功能良好的合成基因组，这个基因组的特征是改变了细菌DNA编码蛋白质的方式。

DNA决定了一个蛋白质中氨基酸的顺序和含量，而三个DNA碱基的序列，称为密码子，编码一个特定的氨基酸。密码子在整个生物学中普遍是进化保守的。为了产生一种蛋白质，DNA序列信息被复制到相应的信使RNA中。特定的转移RNA（tRNA）可以识别特定的密码子，然后将其翻译成一个特定的氨基酸，并被编码到一个正在产生的多肽链中。这段代码中存在冗余，因为大多数氨基酸可以由几个密码子编码。这使得交换相同氨基酸对应的的不同密码子成为可能，改变DNA序列，同时保持氨基酸含量。

去年秋天剑桥大学的研究人员发表了实现安全、抗病毒细菌的成果。当时使用的方法是对大肠杆菌进行基因重编程，使其从61组密码子中制造蛋白质，而不是自然发生的64组。

通过在基因组规模上改变密码子，合成的大肠杆菌基因组被设计为删除三个特定密码子。其中两个通常编码丝氨酸，另一个则指导蛋白质组装停止。负责翻译这些被删除的密码子的tRNA会在细胞中被移除或被重新用于一个新的功能。这种重新编码基因组以改变细胞DNA编码方式的过程有很多重要意义，尤其是对于细胞与病毒相互作用的过程。

病毒通常缺乏复制DNA和合成攻击宿主细胞所需的蛋白质的原料和能量。因此，它们会利用宿主细胞内的原料和能量，包括宿主细胞的tRNA库。在这种情况下，在一些tRNA被移除的合成基因组细胞中，病毒的遗传信息不能被正确翻译，使病毒与宿主不相容。