基因工程大肠杆菌仅靠19种氨基酸存活
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科技日报北京5月6日电 （记者刘霞）美国哥伦比亚大学、麻省理工学院和哈佛大学科学家，借助生成式人工智能（AI）与深度学习模型，设计出一种基因工程大肠杆菌菌株Ec19。它仅靠19种氨基酸存活，而非寻常的20种。这项工作为创造超越自然能力的细胞绘就了蓝图。相关成果发表于最新一期《科学》杂志。
科学家曾通过移除编码与其他氨基酸序列雷同的DNA片段来精简基因组。但大多数科学家并未触碰“经典”的20种氨基酸，因为哪怕微调蛋白质氨基酸序列，也可能扰乱其功能。
科学家虽在自然界发现了500多种不同的氨基酸，但生命体合成蛋白质时只选用那规范的20种，大规模基因研究也印证了这一点。不过，科学家认为，在以单细胞生物为最后共同祖先之前，早期生命形式所用的氨基酸，很可能比今天见到的更少。计算研究显示，只需9到12种氨基酸，就几乎构建起所有已知的蛋白质形态。这便引出一个耐人寻味的问题：生命能否少用一种氨基酸而照常运转？
在最新研究中，团队先分析了20种氨基酸，寻找最容易被替代的那一个。异亮氨酸由此进入人们视野，因为它在化学上与另一种氨基酸——缬氨酸极为相似。于是，他们循着审慎而渐进的“设计—构建—测试”框架，探索能否创造一个不含异亮氨酸的活细胞。
为改善结果，团队求助AI，让它根据序列环境选出缺失氨基酸的最佳替身，力保蛋白质不致错误折叠或坍塌。他们重新设计了能产生52种无异亮氨酸蛋白的核糖体，最终将其中的21个重构部件拼合成单一的大肠杆菌菌株，命名为Ec19。
结果显示，得到的Ec19基因组保持稳定，在实验室中以近乎正常细菌的速度繁衍了450多代，全基因组测序也未发现Ec19试图恢复异亮氨酸，重返20个氨基酸系统的任何迹象。
团队认为，随着基因组规模建模与DNA合成技术的精进，科学家将能通过置换氨基酸，创造出具备新特性的细胞，测试大量工程基因组，从而不断突破合成生物学的边界。
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