科學家們透過培育第一個「半合成」生物體大腸桿菌具有擴展的六字母遺傳密碼的細菌。
雖然地球上的每一種生物都是根據 DNA 代碼形成的由四個鹼基組成（由字母 G、T、C 和 A 表示），這些經過修改大腸桿菌攜帶一種全新類型的 DNA，其遺傳密碼包含兩個額外的 DNA 鹼基 X 和 Y。
該團隊由加州斯克里普斯研究所的弗洛伊德·羅梅斯伯格領導，設計了合成材料核苷酸- 作為 DNA 和 RNA 的組成部分的分子 - 創建一個額外的鹼基對，他們已經成功地將其插入到大腸桿菌的遺傳密碼。
現在我們擁有世界上第一個半合成生物體，其遺傳密碼由兩個天然鹼基對和一個額外的「外來」鹼基對組成，羅梅斯伯格和他的團隊懷疑這只是這種新生命形式的開始。
“由於幾乎不受限制地保持更多信息的能力，優化的半合成生物體現在提供了一個合適的平台……創造具有在自然界其他地方找不到的完全非自然屬性和特徵的生物體，”研究人員報告說。
“這種半合成有機體構成了半合成生命的穩定形式，並為賦予生命新的形式和功能奠定了基礎。”
回到2014年，該團隊宣布他們已經成功設計了一個合成 DNA 鹼基對——由 X 和 Y 分子組成——並且可以將其插入活的有機體中。
從那時起，他們就致力於修改大腸桿菌細菌不僅將合成的鹼基對納入其 DNA 代碼中，而且在其整個生命週期中保留它。
最初，工程細菌體弱多病，在收到新鹼基對後很快就會死亡，因為它們在分裂時無法保留新鹼基對。
“你的基因組不僅僅是一天穩定的，”羅梅斯伯格說。 “你的基因組必須在你一生的範圍內保持穩定。如果半合成生物體真的要成為一個生物體，它必須能夠穩定地維持這些信息。”
在接下來的幾年裡，團隊設計了三種方法來設計新版本的大腸桿菌細菌將無限期地保留它們的新鹼基對，使它們能夠過上正常、健康的生活。
第一步是建立一個更好版本的工具，稱為核苷酸轉運蛋白，它將合成鹼基對的片段轉運到細菌的 DNA 中，並將其插入遺傳密碼中的正確位置。
「2014年的研究中使用了轉運蛋白，但它使半合成生物體病得很重，」團隊成員之一約克張 (YorkeZhang) 解釋道。
一旦他們將轉運蛋白的毒性降低，細菌就不再對其產生不良反應。
接下來，他們改變了最初用來製造 Y 鹼基的分子，發現它更容易被 DNA 複製過程中合成 DNA 分子的細菌中的酵素識別。
最後，團隊使用了革命性的基因編輯工具，CRISPR-Cas9設計大腸桿菌不會將 X 和 Y 分子登記為外來入侵者。
研究人員現在報告說，工程化的大腸桿菌是健康的，更自主，並且能夠無限期地儲存新合成鹼基對的增加資訊。
“我們讓這種半合成有機體變得更加栩栩如生，”羅梅斯伯格說。
如果這一切聽起來有點可怕，那麼有足夠的擔憂圍繞著這種技術可能產生的潛在影響。
回到2014年加拿大組織 ETC 的 Jim Thomas 表示，該組織旨在解決圍繞新技術的社會經濟和生態問題。紐約時報：
「這種史無前例的『外星』生命形式的到來可能會產生深遠的倫理、法律和監管影響。雖然合成生物學家發明了新的方法來研究生命的基本原理，但政府甚至還沒有能力拼湊起來這個蓬勃發展的領域的監督、評估或監管的基礎。
那時細菌幾乎沒有發揮作用。
但羅梅斯伯格表示，目前還沒有必要擔心，因為首先，合成鹼基對是無用的。 它無法被細菌讀取並加工成有價值的東西——這只是一個概念證明，我們可以讓生命形式接受「外星」基地並保留它們。
下一步是插入一個實際上可讀的鹼基對，然後細菌可以真正用它做一些事情。
我們不需要驚慌失措的另一個原因是羅梅斯伯格說的一個問題是，這些分子根本不是為了在複雜的生物體中發揮作用而設計的，而且由於它們與自然界中沒有發現的東西一樣，因此這種情況不太可能失控。
“[E]進化的工作原理是從一些接近的東西開始，然後逐步改變它能做的事情，”羅梅斯伯格告訴伊恩·桑普勒守護者。
“我們的 X 和 Y 與天然 DNA 不同，因此自然沒有什麼可以接近的。我們已經多次證明，當你不提供 X 和 Y 時，細胞每次都會死亡。”
時間會證明他的觀點是否正確，但毫無疑問，團隊將繼續改進這項技術，希望改造細菌能夠生產出可用於未來藥物和材料的新型蛋白質。
正如羅梅斯伯格所言”，“這將揭示我們對蛋白質的用途。
該研究發表於美國國家科學院院刊。
