在一项新的研究中，来自英国剑桥大学的研究人员利用他们在实验室合成的基因组替换了大肠杆菌的基因。相关研究结果于2019年5月15日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“Total synthesis of Escherichia coli with a recoded genome”。在这篇论文中，他们描述了这种基因组替换和对冗余的遗传密码的剔除。
图片来自Nature, 2019, doi:10.1038/s41586-019-1192-5。
遗传密码是生命的程序---它的排列导致用于控制细胞内功能的蛋白产生。任何给定生物的基因组都非常复杂，但是它都是基于由三个相邻的DNA碱基组成的密码子。每个密码子中的任何一个碱基仅选自四个碱基中的一个，这意味着仅存在64种可能的组合。但是只有20种天然的氨基酸，这意味着在一种给定的基因组中必定存在一些不需要的密码子。之前的研究已表明至少有一些密码子用作备份（冗余），而有些密码子用于其他目的，还有许多密码子的功能尚未被理解。在这项新的研究中，这些研究人员有两个目标：第一个是在他们的实验室中合成大肠杆菌的基因组---总共400万个碱基对（bp）；第二个是找出如果去除了DNA中的一些冗余密码子会导致大肠杆菌发生什么。
这些研究人员报道了通过在计算机上对大肠杆菌的DNA进行重新编码，剔除了多个冗余密码子，从而实现了这两个目标。一旦这种所需的基因组被重新设计出后，就将它分裂成较小的DNA片段，随后送至DNA合成仪中进行合成。然而，合成的DNA产量仍然需要调整，为此，他们不得不将较小的DNA片段拼接成较长的片段，随后才能将合成出的基因组放入活的大肠杆菌中---他们将由此经过编辑的大肠杆菌命名为Syn61，这是因为在64个可能的密码子中，它仅使用61个密码子。
这些研究人员报道，由此产生的大肠杆菌的生长需要更长的时间，但除此之外，它的表现与未经编辑的大肠杆菌一样。他们提出在未来的研究工作中，有可能用其他序列替换他们移除的冗余密码子来构建出具有特殊能力的细菌，比如制造自然界中不存在的新型生物聚合物。
参考资料：Julius Fredens et al. Total synthesis of Escherichia coli with a recoded genome, Nature (2019). DOI: 10.1038/s41586-019-1192-5.