人們一直認(rèn)為 DNA 編碼的指令是所有生命通用的，例外情況極少。但一項刊登在《科學(xué)》雜志上的最新研究發(fā)現(xiàn)，自然界中的生物又一次打破了既定的規(guī)則。

    美國能源部聯(lián)合基因組研究所的 Edward Rubin 領(lǐng)導(dǎo)研究團隊，獲得來自 1776 種環(huán)境（包括 17 個人體區(qū)域）的微生物宏基因組數(shù)據(jù)，以便在其中尋找重編碼事件（對遺傳編碼的解讀不同于絕大多數(shù)生物）。

    研究團隊專門就終止密碼子（命令蛋白合成停止的遺傳序列）的重編碼進行了分析，尋找那些將終止密碼子當(dāng)成“前進”信號，還繼續(xù)往蛋白上添加氨基酸的事件。他們發(fā)現(xiàn)，這樣的事件在環(huán)境樣本中大量存在。

    這一發(fā)現(xiàn)對于合成生物學(xué)有著重要的啟示：人們可以利用重編碼讓合成生物抵抗病毒感染，或者阻止合成生物感染計劃以外的宿主。“這項研究向人們展示了遺傳密碼的可變性，”耶魯大學(xué)的生物工程師 Farren Isaacs 說。

    從“停”到“行”

    研究人員先用傳統(tǒng)的編碼規(guī)則預(yù)測 1kb 以上的 DNA 序列編碼什么樣的蛋白，如果預(yù)測的蛋白短得異常，他們就會考慮終止密碼子是不是實際被當(dāng)成氨基酸用了。結(jié)果他們發(fā)現(xiàn)重編碼現(xiàn)象廣泛存在，在來自某些環(huán)境的樣本中，甚至占到了序列的 10%。

    研究顯示，人體內(nèi)的微生物特別容易發(fā)生重編碼事件。盡管人體樣本只占總樣本數(shù)的 10%，但有超過半數(shù)的重編碼密碼子來自于人體樣本。

    Rubin 介紹道，人們曾經(jīng)在自然界中發(fā)現(xiàn)過重編碼現(xiàn)象，但遠(yuǎn)沒有達(dá)到這樣的水平。這是因為，絕大多數(shù)研究都是針對能夠在實驗室里培養(yǎng)的微生物。“當(dāng)我們將研究范圍擴大，既定的規(guī)則就土崩瓦解，”他說。

    病毒需要劫持宿主的細(xì)胞機器來進行**。如果病毒和宿主解讀遺傳密碼的方式不同，那它就很難進行感染。重編碼還可以幫助人們阻止人造細(xì)菌與天然細(xì)菌發(fā)生遺傳信息的交換，這一點有望對生物安全產(chǎn)生重大影響， Isaacs 說。 Isaacs 花了六年時間，在大腸桿菌中利用重編碼將一個合成氨基酸整合到它的蛋白中。

    然而 Rubin 的研究顯示，在某些環(huán)境中（例如人類口腔）盡管編碼并不兼容，細(xì)菌還是會被噬菌體感染。

    哈佛大學(xué)遺傳學(xué)大牛 George Church 并不擔(dān)心這個問題，他正領(lǐng)導(dǎo)一項 E. coli 的重編碼項目。Church 認(rèn)為，人工合成的重編碼生物跳過了進化過程，沒有經(jīng)歷持續(xù)性的進化選擇壓力。在編碼不兼容的情況下，它們不會那么容易受到天然病毒的攻擊。他表示：“如果你趁病毒不注意的時候徹底改變宿主的基因組。對于病毒來說，就會有大量需要同時適應(yīng)的改變，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了病毒群體的適應(yīng)能力。”