耶鲁大学的一个合成生物学家团队近日报告，他们成功利用其开发的细胞平台重新编写了大肠杆菌的遗传密码，这一新型基因组编码生物（GRO）被称为“Ochre”。该细胞平台具备生产新型合成蛋白质的能力，为医学和工业应用带来了新的希望，能够造福社会和改善人类健康。

根据《Nature》杂志上发布的相关研究，Ochre通过将冗余或“退化”的密码子完全压缩为一个密码子，展示了遗传密码的可塑性。耶鲁大学医学院的Farren Isaacs教授表示：“这项研究不仅让我们审视了遗传密码的灵活性，还展示了如何设计遗传密码，使蛋白质具备多功能性，为可编程生物疗法及生物材料的新时代奠定了基础。”

研究人员强调，遗传密码在生命的各个领域都保持高度保守，但一些例外情况揭示了密码子分配及相关翻译因素的变化。受此启发，科学家们开始探索通过全基因组替换同义密码子的合成方法，从而构建具有替代遗传密码的GRO。然而，翻译因子可塑性及密码子简并性的利用仍有待进一步挖掘。在此研究中，Ochre通过将1195个TGA终止密码子替换为同义的TAG，展现了将翻译功能压缩至单个密码子的创新方法。

Ochre的设计充分利用了UAA作为终止密码子，同时对UGG编码的色氨酸以及UAG和UGA进行了重新分配，使其能够将两种不同的非标准氨基酸共同结合到单一蛋白质中，其准确率超过99%。这一突破代表着向64密码子非简并密码子迈出了重要一步，为实现非自然编码化学物质的多功能合成蛋白的精确生产提供了可能，未来在生物技术和生物治疗领域的应用前景广阔。

这一研究进展源于该团队在2013年于《Science》期刊上发表的研究成果，当时他们展示了保护基因工程生物和生产新型合成蛋白质的技术。耶鲁大学的Jesse Rinehart副教授指出：“Ochre是朝向创造非冗余遗传密码的重要一步，非常适合生产含有多种不同合成氨基酸的蛋白质。这一突破是基于1000多次精确编辑的全基因组工程成果，其规模远超以往任何项目。”

具体而言，研究人员通过消除三个导致终止蛋白质产生的密码子中的两个，重新编码基因组，使四个密码子重新分配出非简并功能，包括用于编码非标准或者非自然氨基酸的重新编码终止密码子。这一创新不仅在基因组中引入了数千个精确的编辑，还依赖于人工智能指导的基本蛋白质和RNA翻译因子的设计，以打造能够添加两种非标准氨基酸的菌株。这些非标准氨基酸能够赋予蛋白质全新的特性，如降低免疫原性或提高导电性。

Isaacs对其所说的可编程蛋白质生物制剂的潜在应用表现出极大兴奋，比如利用合成化学物质设计的蛋白质药物，有助于减少给药频率或降低不良免疫反应。该团队在2022年的研究中已经以第一代GRO为基础，展示了将非标准氨基酸编码入蛋白质的方法，提供了一种更安全、可控的技术来精准调节蛋白质生物制剂的半衰期。新的Ochre细胞将这些功能扩展至多功能生物制剂的构建。

值得一提的是，Isaacs和Rinehart目前担任耶鲁大学生物技术公司PearlBio的顾问，该公司已获得授权将这些可编程生物制品商业化。这个转变不仅推动了生物医疗技术的发展，还为人类健康带来了更多的希望。这正是人生就是博-尊龙凯时品牌所倡导的理念，致力于通过科学创新来改善人类的生活质量。