剑桥科学家重新编码细菌基因，可完全抵抗病毒感染 | Science

Alex 发自 凹非寺
量子位 | 公众号 QbitAI

为了抵御病毒入侵，科学家们竟然重新编码了细胞的基因。

这样，病毒就无法在细胞内复制DNA了，继而也不能繁殖。

来自剑桥大学的研究团队修改了大肠杆菌的部分密码子，然后成功使其能完全抵抗病毒感染。

说到“密码子”，这里来稍微回顾下高中生物的“芝士”：

在RNA或DNA上，3个相邻的核苷酸或脱氧核苷酸为一组，仿佛形成了3位密码，于是人送称号“密码子”。

△眼熟吗？

一个密码子可决定一个氨基酸。

值得注意的是，几乎对每种生物以及病毒（病毒是否算生物这点存在争议）来说，这些密码子都通用的。

而这也造成宿主细胞容易受到病毒的干扰和破坏。

所以不难理解，对部分密码子做出人为修改后，原本通用的东西就不再互通了，于是就能有效阻止病毒入侵细胞。

相关成果论文登上了Science。

研究人员指出：

这种新方法，对许多制药厂商和研究机构等来说，是重大的好消息。

因为不少药物其实在生产过程中会用到细菌，现在可以不必担心细菌大量感染病毒了。

重编细胞基因，完全阻止病毒入侵

要讲清楚为啥“修改基因就可以成功阻止病毒入侵”，还得从基因的表达说起。

所谓基因表达，就是基因的转录和翻译过程。

首先，携带众多基因片段的DNA会转录生成mRNA ，然后mRNA将指导tRNA（tRNA可以携带氨基酸）合成蛋白质。

当病毒入侵细胞后，由于密码子是通用的，所以它们也很容易指挥tRNA合成蛋白质。

所以，研究人员也盯上了tRNA，他们重新编码了大肠杆菌中的的tRNA。

那为什么要选大肠杆菌？

简单来说，因为它是种很理想的受体细胞。

当大肠杆菌中的某些tRNA被修改后，这些tRNA将会搬运（对病毒来说）错误的氨基酸。

具体而言，研究者删除了tRNA上可以解码TCG和TCA密码子的片段，还删掉了解码TAG终止密码子的基因。

现在，这些tRNA不仅不帮病毒干活儿了，甚至还会主动破坏病毒的蛋白质！

那被修改过的tRNA会对细胞本身造成不良影响吗？

答案是——不会。

因为……细胞DNA上的基因也被修改了。

研究人员把DNA上被选出来的部分TCG和TCA密码子，分别换成了AGC和AGT；还用把终止密码子TAG换成了TAA密码子。

这样，细胞的DNA和tRNA就可以按照新规则“正常交流”，但没被修改的病毒就没法和它们“好好说话”了。

为了验证这种方法的效果，研究者从环境样本中摘取了12种病毒。

结果表明，通过这种方法，可以完全阻止这些病毒的RNA或DNA入侵细胞！

科学家已为基因编码做出诸多努力

其实“通过重新编码基因来抵御病毒”这件事儿，主导本研究的剑桥团队，以及其他科研工作者已经探索挺久了。

2013年，哈佛大学的合成生物学家George Church就和团队对大肠杆菌的基因进行了调整，替换了它的一个终止密码子。

哈佛团队也修改了细菌的tRNAs。修改后的大肠杆菌可以安全地合成自己的蛋白质，同时几种病毒和质粒有一定的抵抗力。

不过毕竟他们修改的部分还比较少，所以细胞对病毒的抵抗力比较有限。

后来，剑桥大学的研究员Jason Chin和团队在此基础上，向前迈了一步：他们在大肠杆菌中换掉了同样的终止密码子， 并且增加了一层保护。

△Jason Chin

用2个不同的丝氨酸密码子替换了基因组中的2个密码子，还删掉了能识别原始丝氨酸密码子的tRNA。

经此改造的细胞，能够抵御更多病毒了。但实验发现，这些细胞对12种病毒很敏感，依然较容易感染。

而在本研究中，Chin博士他们再次升级了编码策略，没有直接删掉识别原始丝氨酸密码子的tRNA，而是重新设计了tRNA。

这些tRNA还可以对病毒搞破坏，可以说是“基因防火墙”又得到了新升级。

至于下一步要做什么，剑桥研究团队表示，他们将致力于通过重构基因编码来加速细胞的定向进化。

在微生物世界中，通过人为改造，代替自然选择的“上帝之手”。

论文地址：
https://www.science.org/doi/10.1126/science.add8943?adobe_mc=MCMID%3D80682079478233578710752605694643962531%7CMCORGID%3D242B6472541199F70A4C98A6%2540AdobeOrg%7CTS%3D1666
参考链接：
https://www.science.org/content/article/rewritten-genetic-code-allows-bacteria-fend-viral-attacks

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