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美國哥倫比亞大學(xué)、麻省理工學(xué)院和哈佛大學(xué)科學(xué)家，借助生成式人工智能（AI）與深度學(xué)習(xí)模型，設(shè)計出一種基因工程大腸桿菌菌株Ec19。它僅靠19種氨基酸存活，而非尋常的20種。這項工作為創(chuàng)造超越自然能力的細胞繪就了藍圖。相關(guān)成果發(fā)表于最新一期《科學(xué)》雜志。

科學(xué)家曾通過移除編碼與其他氨基酸序列雷同的DNA片段來精簡基因組。但大多數(shù)科學(xué)家并未觸碰“經(jīng)典”的20種氨基酸，因為哪怕微調(diào)蛋白質(zhì)氨基酸序列，也可能擾亂其功能。

科學(xué)家雖在自然界發(fā)現(xiàn)了500多種不同的氨基酸，但生命體合成蛋白質(zhì)時只選用那規(guī)范的20種，大規(guī)?；蜓芯恳灿∽C了這一點。不過，科學(xué)家認為，在以單細胞生物為最后共同祖先之前，早期生命形式所用的氨基酸，很可能比今天見到的更少。計算研究顯示，只需9到12種氨基酸，就幾乎構(gòu)建起所有已知的蛋白質(zhì)形態(tài)。這便引出一個耐人尋味的問題：生命能否少用一種氨基酸而照常運轉(zhuǎn)？

在最新研究中，團隊先分析了20種氨基酸，尋找最容易被替代的那一個。異亮氨酸由此進入人們視野，因為它在化學(xué)上與另一種氨基酸——纈氨酸極為相似。于是，他們循著審慎而漸進的“設(shè)計—構(gòu)建—測試”框架，探索能否創(chuàng)造一個不含異亮氨酸的活細胞。

為改善結(jié)果，團隊求助AI，讓它根據(jù)序列環(huán)境選出缺失氨基酸的最佳替身，力保蛋白質(zhì)不致錯誤折疊或坍塌。他們重新設(shè)計了能產(chǎn)生52種無異亮氨酸蛋白的核糖體，最終將其中的21個重構(gòu)部件拼合成單一的大腸桿菌菌株，命名為Ec19。

結(jié)果顯示，得到的Ec19基因組保持穩(wěn)定，在實驗室中以近乎正常細菌的速度繁衍了450多代，全基因組測序也未發(fā)現(xiàn)Ec19試圖恢復(fù)異亮氨酸，重返20個氨基酸系統(tǒng)的任何跡象。

團隊認為，隨著基因組規(guī)模建模與DNA合成技術(shù)的精進，科學(xué)家將能通過置換氨基酸，創(chuàng)造出具備新特性的細胞，測試大量工程基因組，從而不斷突破合成生物學(xué)的邊界。