科学家们通过培育第一个“半合成”生物体大肠杆菌具有扩展的六字母遗传密码的细菌。
虽然地球上的每一种生物都是根据 DNA 代码形成的由四个碱基组成（由字母 G、T、C 和 A 表示），这些经过修改大肠杆菌携带一种全新类型的 DNA，其遗传密码中包含两个额外的 DNA 碱基 X 和 Y。
该团队由加利福尼亚州斯克里普斯研究所的弗洛伊德·罗梅斯伯格领导，设计了合成材料核苷酸- 作为 DNA 和 RNA 的组成部分的分子 - 创建一个额外的碱基对，他们已经成功地将其插入到大肠杆菌的遗传密码。
现在我们拥有世界上第一个半合成生物体，其遗传密码由两个天然碱基对和一个额外的“外来”碱基对组成，罗梅斯伯格和他的团队怀疑这只是这种新生命形式的开始。
“由于几乎不受限制地保持更多信息的能力，优化的半合成生物体现在提供了一个合适的平台……创造具有在自然界其他地方找不到的完全非自然属性和特征的生物体，”研究人员报告说。
“这种半合成有机体构成了半合成生命的稳定形式，并为赋予生命新的形式和功能奠定了基础。”
回到2014年，该团队宣布他们已经成功设计了一个合成 DNA 碱基对——由 X 和 Y 分子组成——并且可以将其插入活的有机体中。
从那时起，他们就一直致力于修改大肠杆菌细菌不仅将合成的碱基对纳入其 DNA 代码中，而且在其整个生命周期中都保留它。
最初，工程细菌体弱多病，在收到新碱基对后很快就会死亡，因为它们在分裂时无法保留新碱基对。
“你的基因组不仅仅是一天稳定的，”罗梅斯伯格说。 “你的基因组必须在你一生的范围内保持稳定。如果半合成生物体真的要成为一个生物体，它必须能够稳定地维持这些信息。”
在接下来的几年里，该团队设计了三种方法来设计新版本的大肠杆菌细菌将无限期地保留它们的新碱基对，使它们能够过上正常、健康的生活。
第一步是构建一个更好版本的工具，称为核苷酸转运蛋白，它将合成碱基对的片段转运到细菌的 DNA 中，并将其插入遗传密码中的正确位置。
“2014年的研究中使用了转运蛋白，但它使半合成生物体病得很重，”团队成员之一约克·张 (YorkeZhang) 解释道。
一旦他们改变了转运蛋白的毒性，细菌就不再对其产生不良反应。
接下来，他们改变了最初用来制造 Y 碱基的分子，发现它更容易被 DNA 复制过程中合成 DNA 分子的细菌中的酶识别。
最后，团队使用了革命性的基因编辑工具，CRISPR-Cas9设计大肠杆菌不会将 X 和 Y 分子登记为外来入侵者。
研究人员现在报告说，工程化的大肠杆菌是健康的，更加自主，并且能够无限期地存储新合成碱基对的增加信息。
“我们让这种半合成有机体变得更加栩栩如生，”罗梅斯伯格说。
如果所有这些听起来有点可怕，那么有足够的担忧围绕这种技术可能产生的潜在影响。
回到2014年加拿大组织 ETC 的吉姆·托马斯 (Jim Thomas) 表示，该组织旨在解决围绕新技术的社会经济和生态问题。纽约时报：
“这种史无前例的‘外星’生命形式的到来可能会产生深远的伦理、法律和监管影响。虽然合成生物学家发明了新的方法来研究生命的基本原理，但政府甚至还没有能力拼凑起来这个蓬勃发展的领域的监督、评估或监管的基础。”
那时细菌几乎没有发挥作用。
但罗梅斯伯格表示，目前还没有必要担心，因为首先，合成碱基对是无用的。 它无法被细菌读取并加工成有价值的东西——这只是一个概念证明，我们可以让生命形式接受“外星”基地并保留它们。
下一步是插入一个实际上可读的碱基对，然后细菌就可以真正用它做一些事情。
我们不需要惊慌失措的另一个原因是罗梅斯伯格说的一个问题是，这些分子根本不是为了在复杂的生物体中发挥作用而设计的，而且由于它们与自然界中没有发现的东西一样，因此这种情况不太可能失控。
“[E]进化的工作原理是从一些接近的东西开始，然后逐步改变它能做的事情，”罗梅斯伯格告诉伊恩·桑普勒守护者。
“我们的 X 和 Y 与天然 DNA 不同，因此自然没有什么可以接近的。我们已经多次证明，当你不提供 X 和 Y 时，细胞每次都会死亡。”
时间会证明他的观点是否正确，但毫无疑问，该团队将继续改进这项技术，希望改造细菌能够生产出可用于未来药物和材料的新型蛋白质。
正如罗梅斯伯格所言”，“这将揭示我们对蛋白质的用途。”
该研究发表于美国国家科学院院刊。
