改造具有有益特征的细菌基因组是许多合成生物学研究人员的目标。现在，哈佛医学院(HMS)乔治·丘奇博士实验室的工作报告了一种大肠杆菌菌株的构建，该菌株不仅对病毒感染具有免疫力，而且还降低了逃逸到野外的可能性。

这项工作可能会减少利用细菌生产胰岛素等药物以及生物燃料等其他有用物质时病毒污染的威胁。目前，感染大量细菌的病毒可能会导致生产停止、危及药物安全并造成数百万美元的损失。

这项研究发表在《自然》杂志上，论文《交换的遗传密码可以防止病毒感染和基因转移。”

“我们相信我们已经开发出第一种技术来设计一种不会被任何已知病毒感染的生物体，”教堂实验室研究员阿科斯·尼耶格斯博士说。“我们不能说它完全抵抗病毒，但到目前为止，基于大量的实验室实验和计算分析，我们还没有找到可以破解它的病毒。”

此外，这项工作还提供了第一个内置的安全措施，可以防止修饰的遗传物质被纳入天然细胞中，他说。

这些研究结果建立在剑桥大学研究人员去年秋天发表的早期成果的基础上，旨在获得一种安全的、抗病毒的细菌。当时使用的方法涉及对大肠杆菌进行基因重编程，以从61组密码子(而不是天然存在的64组密码子)制造蛋白质。

假设病毒无法劫持细胞，因为如果没有丢失的密码子，它们就无法复制。

HMS团队意识到删除密码子还不够，因为一些病毒会引入自己的病毒转移RNA(tRNA)来绕过缺失的密码子。他们开发了一种方法来改变这些密码子告诉有机体制造的东西——科学家们在活细胞中还没有做到这一点。

剑桥团队删除了密码子TCG和TCA，后者也需要丝氨酸。研究小组还去除了相应的tRNA。HMS团队现在在其位置添加了新的tRNA，为TCG或TCA添加了亮氨酸而不是丝氨酸。

当入侵病毒将TCG和TCA注入自己的遗传密码时，病毒代码就会被错误翻译。

然而，病毒也配备了自己的tRNA，仍然可以准确地将TCG和TCA转化为丝氨酸。但Nyerges及其同事提供的证据表明，他们引入的tRNA可以压倒病毒对应物。

尼尔吉斯说：“证明交换生物体的遗传密码是可能的，这是非常具有挑战性的，也是一项巨大的成就，而且只有我们这样做才有效。”

作者说，尽管这项工作可能使细菌对所有病毒免疫，但仍然有可能出现一些东西来破坏这种保护。然而，克服交换的密码子需要病毒同时产生数十种特定突变。“这对于自然进化来说是非常非常不可能的，”尼尔吉斯说。

这项工作包含两个独立的保障措施。第一个是防止水平基因转移。Nyerges及其同事对修饰后的大肠杆菌细胞中的整个基因进行了替换，以便所有需要亮氨酸的密码子都被TCG或TCA取代——这些密码子在未经修饰的生物体中会需要丝氨酸。由于它们的tRNA，细菌仍然在这些地方正确地产生亮氨酸。

然而，如果另一个生物体将任何修改过的片段整合到自己的基因组中，该生物体的天然tRNA会将TCG和TCA解释为丝氨酸，最终得到不具有任何进化优势的垃圾蛋白。

“遗传信息将是无稽之谈，”尼尔吉斯说。

对于第二个自动防故障装置，研究小组通过使大肠杆菌依赖于野外不存在的实验室制造的氨基酸，将细菌本身设计为无法在受控环境之外生存。

尼尔格斯期待探索密码子重编程作为诱导细菌生产医用合成材料的工具，否则这些材料将需要昂贵的化学物质。