劍橋科學家重新編碼細菌基因，可完全抵抗病毒感染 | Science_風聞

Alex 發自 凹非寺

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為了抵禦病毒入侵，科學家們竟然重新編碼了細胞的基因。

這樣，病毒就無法在細胞內複製DNA了，繼而也不能繁殖。

來自劍橋大學的研究團隊修改了大腸桿菌的部分密碼子，然後成功使其能完全抵抗病毒感染。

説到“密碼子”，這裏來稍微回顧下高中生物的“芝士”：

在RNA或DNA上，3個相鄰的核苷酸或脱氧核苷酸為一組，彷彿形成了3位密碼，於是人送稱號“密碼子”。

**△**眼熟嗎？

一個密碼子可決定一個氨基酸。

值得注意的是，幾乎對每種生物以及病毒（病毒是否算生物這點存在爭議）來説，這些密碼子都通用的。

而這也造成宿主細胞容易受到病毒的干擾和破壞。

所以不難理解，對部分密碼子做出人為修改後，原本通用的東西就不再互通了，於是就能有效阻止病毒入侵細胞。

相關成果論文登上了Science。

研究人員指出：

這種新方法，對許多製藥廠商和研究機構等來説，是重大的好消息。

因為不少藥物其實在生產過程中會用到細菌，現在可以不必擔心細菌大量感染病毒了。

重編細胞基因，完全阻止病毒入侵

要講清楚為啥“修改基因就可以成功阻止病毒入侵”，還得從基因的表達説起。

所謂基因表達，就是基因的轉錄和翻譯過程。

首先，攜帶眾多基因片段的DNA會轉錄生成mRNA ，然後mRNA將指導tRNA（tRNA可以攜帶氨基酸）合成蛋白質。

當病毒入侵細胞後，由於密碼子是通用的，所以它們也很容易指揮tRNA合成蛋白質。

所以，研究人員也盯上了tRNA，他們重新編碼了大腸桿菌中的的tRNA。

那為什麼要選大腸桿菌？

簡單來説，因為它是種很理想的受體細胞。

當大腸桿菌中的某些tRNA被修改後，這些tRNA將會搬運（對病毒來説）錯誤的氨基酸。

具體而言，研究者刪除了tRNA上可以解碼TCG和TCA密碼子的片段，還刪掉了解碼TAG終止密碼子的基因。

現在，這些tRNA不僅不幫病毒幹活兒了，甚至還會主動破壞病毒的蛋白質！

那被修改過的tRNA會對細胞本身造成不良影響嗎？

答案是——不會。

因為……細胞DNA上的基因也被修改了。

研究人員把DNA上被選出來的部分TCG和TCA密碼子，分別換成了AGC和AGT；還用把終止密碼子TAG換成了TAA密碼子。

這樣，細胞的DNA和tRNA就可以按照新規則“正常交流”，但沒被修改的病毒就沒法和它們“好好説話”了。

為了驗證這種方法的效果，研究者從環境樣本中摘取了12種病毒。

結果表明，通過這種方法，可以完全阻止這些病毒的RNA或DNA入侵細胞！

科學家已為基因編碼做出諸多努力

其實“通過重新編碼基因來抵禦病毒”這件事兒，主導本研究的劍橋團隊，以及其他科研工作者已經探索挺久了。

2013年，哈佛大學的合成生物學家George Church就和團隊對大腸桿菌的基因進行了調整，替換了它的一個終止密碼子。

哈佛團隊也修改了細菌的tRNAs。修改後的大腸桿菌可以安全地合成自己的蛋白質，同時幾種病毒和質粒有一定的抵抗力。

不過畢竟他們修改的部分還比較少，所以細胞對病毒的抵抗力比較有限。

後來，劍橋大學的研究員Jason Chin和團隊在此基礎上，向前邁了一步：他們在大腸桿菌中換掉了同樣的終止密碼子， 並且增加了一層保護。

**△**Jason Chin

用2個不同的絲氨酸密碼子替換了基因組中的2個密碼子，還刪掉了能識別原始絲氨酸密碼子的tRNA。

經此改造的細胞，能夠抵禦更多病毒了。但實驗發現，這些細胞對12種病毒很敏感，依然較容易感染。

而在本研究中，Chin博士他們再次升級了編碼策略，沒有直接刪掉識別原始絲氨酸密碼子的tRNA，而是重新設計了tRNA。

這些tRNA還可以對病毒搞破壞，可以説是“基因防火牆”又得到了新升級。

至於下一步要做什麼，劍橋研究團隊表示，他們將致力於通過重構基因編碼來加速細胞的定向進化。

在微生物世界中，通過人為改造，代替自然選擇的“上帝之手”。

論文地址：https://www.science.org/doi/10.1126/science.add8943?adobe_mc=MCMID%3D80682079478233578710752605694643962531%7CMCORGID%3D242B6472541199F70A4C98A6%2540AdobeOrg%7CTS%3D1666

參考鏈接：https://www.science.org/content/article/rewritten-genetic-code-allows-bacteria-fend-viral-attacks