由 19 種氨基酸創造的細菌違背了生物學的基本定律
研究人員成功地讓細菌只需要 19 種胺基酸，而不是維持每種已知生命體的 20 種胺基酸。這項壯舉代表了基因工程的一個里程碑，並對現代生物學最堅實的原則之一提出了質疑。該實驗為更好地了解生命的起源以及如何在實驗室中重新設計生命打開了大門。
這項發現表明，遺傳密碼並不像之前想像的那麼嚴格。科學家去除了 20 種標準氨基酸中的一種，即使沒有這種成分，也設法使細菌產生功能性蛋白質。結果表明，生命比科學之前想像的更具靈活性。
實驗是如何進行的
研究人員消除了絲氨酸，絲氨酸是一種被認為是必需的氨基酸。然後他們重新編程了細菌的遺傳密碼，這樣它們就不會嘗試合成這種蛋白質。這些細胞能夠正常繁殖並執行重要功能。這些測試跨越了幾代人，證實了這種適應不是暫時的或偶然的。
該策略涉及對細菌 DNA 的精確修改。科學家禁用了負責絲胺酸產生的基因，並重寫了信使RNA的指令。透過這種方式，細菌的細胞機器不再辨識通常觸發該胺基酸所包含的密碼子。該系統按計劃運行，細胞沒有遭受代謝崩潰。
對合成生物學的影響
這項工作為基因工程師開啟了新的視野。如果生物體可以依靠 19 種氨基酸生存，也許它們可以透過編程使用完全人工的化合物。研究人員已經在探索用自然界不存在的元素創造蛋白質的可能性。完全合成的生命可能具有前所未有的特性和功能。
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實際應用超越了科學好奇心。客製化蛋白質可用於醫學、製藥和生物技術。重新設計的有機體可以更有效地生產藥物、燃料或不可生物降解的材料。生命代碼進出的控制可以使生物製造達到前所未有的精確度。
了解傳統遺傳密碼
20 種已知氨基酸構成了所有生物學的基礎。從細菌到人類，這種組合實際上是普遍存在的。細胞使用這些相同的建構模組讀取 DNA、翻譯遺傳訊息並組裝蛋白質。這種標準化是如此重要，以至於科學家幾十年來都認為它是不可改變的。
胺基酸的作用就像字母表中的字母一樣。就像葡萄牙字母表有 26 個字母一樣，生命密碼也使用 20 個胺基酸來書寫數百萬種不同的蛋白質。每種組合都會產生具有特定功能的蛋白質。刪除一個字母應該會造成分子混亂。實驗顯示事實並非如此。
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另見
仍有待解決的問題
- 其他胺基酸可以用同樣的方法去除嗎？
- 氨基酸少於18個的細菌能存活嗎？
- 當胺基酸被消除時，代謝效率會降低嗎？
- 哪一種胺基酸最容易去除而不影響生命？
這項研究揭示了生命起源的哪些內容
這項發現對於理解生命的起源具有重要意義。如果遺傳密碼並不需要剛好 20 個胺基酸，那麼早期生命可能需要較少的胺基酸組。第一個生物體可能只使用 5 或 10 種化學成分。數十億年來，生命會變得更加複雜，這不是出於絕對的生物學必要性，而是出於演化機會。
這種觀點改變了科學家對演化論的看法。產生生命的並不是一種確定的安排，而是一種能夠改變和適應的彈性系統。冗餘性和多功能性是生物學的特徵，而不是例外。大自然建立了容忍變化的準則，允許創新而不破壞。
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未來的實驗可以測試含有 18、17 甚至 10 個胺基酸的生物。每一次還原都會揭示哪些成分是真正不可或缺的，哪些只是進化傳統。這種理解使我們能夠設計出極簡的有機體，能夠以最大的效率執行特定的功能。基於 10 種氨基酸的生物在生物學上是可能的，只是大自然從未選擇它，因為 20 種氨基酸效果很好。
正在開發的工業應用
生物技術公司已經對這些發現表現出了興趣。流線型的生物維護成本更低，所需的營養更少，產生的廢物也更少。含有 15 個氨基酸的細菌比含有 20 個氨基酸的細菌消耗更少的能量。這意味著大規模生物工廠可以節省大量能量。藥物、維生素和酵素的生產速度可以更快，環境成本也更低。
基因療法也可能受益。簡化遺傳密碼可以更安全地將修飾後的 DNA 引入人體細胞。更緊湊的基因組降低了隨機突變的風險。研究人員致力於病毒的編輯版本，去除危險基因，同時保持提供基因治療的能力。確認氨基酸可以在不破壞細胞的情況下被去除，為這些實驗提供了理論上的確定性。
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