从基因层面来看，地球上的所有生命都说着同一种语言。我们都有 DNA 和/或其近亲 RNA。我们所有的遗传物质都由相同的基本核苷酸组成，它们通常以其全名的首字母缩写来称呼——DNA 的是 A、C、G 和 T；RNA 的是 A、C、G 和 U。地球上所有细胞的读取这些字母的方式也基本相同，因此不同物种的细胞通常能够读取彼此的 DNA。这就是为什么制药公司能够将人类胰岛素基因植入细菌和酵母中，以生产供糖尿病患者使用的胰岛素药物。想看一个令人作呕的例子吗？在遗传学早期，一些生物学家将人类的眼部基因植入了果蝇的腿部……然后果蝇的细胞就长出了果蝇的眼睛。
然而，现在，来自美国几所大学的一个科学家团队找到了一种在细胞语言中进行微小但根本性改变的方法。这是一种与以往任何基因工程都截然不同的技术。
耶鲁大学生物学家、该研究的主要科学家之一 Farren Isaacs 告诉《大众科学》：“这是我们第一次创造出一个拥有新代码或替代代码的生物。”
未参与该研究的加州大学伯克利分校的生物工程师 Danielle Tullman-Ercek 表示：“这就像编写一个新的操作系统。”相比之下，她将之前的基因工程比作“添加一个新的软件程序”。
在传统的基因工程中，科学家将完整的基因——数百个核苷酸组成的连贯链——植入细胞。通常他们不会干预细胞自身原有的基因。相比之下，Isaacs 和他的团队对大肠杆菌自身的原生 DNA 进行了微小、特定的改变。
这种新型基因工程有助于解决该领域面临的两个主要问题。它可以使细菌更具抵抗感染的能力，这对于生产大量工程菌的公司来说是件好事。这包括那些试图培养工程菌来生产生物燃料或吞噬污染物的公司。（是的，细菌也会感染！）
它还可以使工程化的 DNA 片段变得无法被其他细胞读取，从而减轻了人们对工程化基因可能逃逸到环境中并进入野生生物的担忧。这绝非小事：就在今年八月，一个生物学家团队证明了转基因水稻能够将其改造的基因传递给附近的杂草。
一种新的转基因生物：GRO
Isaacs 和他的团队为他们的基因密码重写创造了一个新术语。他们称之为“重编码”（recoding），其结果是“基因重编码生物”（genetically recoded organisms），或简称 GROs。Isaacs 表示，GROs 是转基因生物（GMOs）的一个子集。
Isaacs 和他的同事所做的改变，如果算起来，似乎微不足道。科学家们改变了大肠杆菌基因组中 321 个单个核苷酸，而大肠杆菌基因组大约有 450 万个核苷酸。他们还移除了该细胞制造某种特定蛋白质的能力。
尽管如此，在一系列实验中，Isaacs 的团队表明，这些微小的改变使得大肠杆菌能够执行两个主要的全新功能。
在一项实验中，该团队让他们的 GRO 大肠杆菌接触了两种类型的病毒。病毒通常会劫持细胞的机制来复制自身。然而，GRO 大肠杆菌的机制如此不同，其中一种病毒在感染细菌方面遇到了困难。另一种病毒则正常地感染了大肠杆菌。康奈尔大学生物工程师 Julius Lucks（他并非 Isaacs 团队成员）表示，进一步的基因重编码可以使细菌更难被读取，从而对更多类型的病毒产生更强的抵抗力。
在另一项实验中，Isaacs 和他的同事向大肠杆菌添加了机制，使其能够制造含有自然界不存在的成分的蛋白质。通常，生物体内的蛋白质由 20 种天然氨基酸的不同组合构成。科学家们多年来一直致力于创造非天然氨基酸，或 NSAA（非标准氨基酸）。他们已经成功地让细胞制造含有非天然氨基酸的蛋白质，但这效率低下。Isaacs 和他的同事让他们的大肠杆菌高效且有效地生产出第 21 种氨基酸。他们对大肠杆菌 DNA 所做的改变恰好移除了先前干扰非天然氨基酸生产的一种自然过程。
非天然氨基酸很有用，因为它们能让科学家创造出具有全新功能的蛋白质。这些蛋白质随后可以用于药物或工业化学反应。Isaacs 举了一个公司 Ambrx 的例子，该公司生产含有非天然氨基酸的药物。
此外，由于第 21 种氨基酸的编码存在于这种改变了的遗传语言中，其他细胞不应该能够读取它。这降低了野生细菌或植物获得第 21 种氨基酸基因并自行生产的可能性。Isaacs 说：“你可以想象，这实际上是一种安全的转基因生物。”Isaacs 和他的团队并未测试他们 GRO 的这一方面，但《大众科学》采访的其他生物工程师表示，非 GRO 生物与 GRO 生物进行基因交换几乎是不可能的。
尽管从数量上看，GROs 的改变很少，但 Lucks 称 GROs 是“概念上的巨大突破”。他说：“这为彻底重新思考遗传密码打开了大门。”
Isaacs 和他的同事今天在《科学》杂志上发表了他们的研究成果。
