耶鲁大学的一个合成生物学家小组近期宣布，他们成功开发了一种新型细胞平台，能够重新编写大肠杆菌的遗传密码，创造出一种被称为“Ochre”的基因组编码生物（GRO）。这种创新的细胞平台可用于生产新型合成蛋白质，为医学和工业应用带来了诸多希望，从而在改善人类健康和福祉方面发挥重要作用。

该研究在《Nature》杂志上发表，详细描述了如何利用一个停止密码子重新设计遗传密码。耶鲁大学医学院的分子、细胞和发育生物学教授Farren Isaacs博士指出：“这项研究让我们重新思考遗传密码的可塑性，打开了设计遗传密码以赋予蛋白质多功能的新可能，预示着可编程生物疗法和生物材料的新时代。”

研究人员提到，虽然遗传密码在生命的各个领域中高度保守，但例外的现象揭示了密码子分配及相关翻译因子的可变性。基于这一自然现象，合成生物学方法成功替换了同义密码子，从而建立了含有替代遗传密码的基因组编码生物（GRO）。不过，当前的研究还未能充分利用翻译因子的可塑性使翻译功能压缩到单个密码子。

在此背景下，研究者构建了完全压缩翻译功能到单一密码子的GRO——Ochre。具体而言，他们用TAG替代了1195个TGA终止密码子，并设计了释放因子2（RF2）和tRNA_Trp以减少UGA的原生识别。这样，Ochre就能利用UAA作为终止密码子，同时将UGG编码的色氨酸与UAG和UGA重新分配，精准地将两种不同的非标准氨基酸结合到同一个蛋白质中，准确率超越99%。

Ochre成就了将冗余终止密码子完全压缩为单个密码子的里程碑，这一进展为今后实现64个密码子的非冗余遗传密码铺平了道路，允许实现精确生产包含非自然编码化学物质的多功能合成蛋白，从而在生物技术和生物治疗领域拥有广泛应用潜力。

这一重要进展基于该团队2013年在《Science》杂志上发表的研究，在这项研究中，研究者展示了保护基因工程生物和开发具有“非自然”或人造化学物质的生物材料的新策略。Jesse Rinehart博士表示：“Ochre标志着朝着创造非冗余遗传密码迈出的关键一步，尤其适用于生产含有各种不同合成氨基酸的蛋白质。”

具体而言，研究人员去除了导致蛋白质合成停止的三个终止密码子中的两个，并将四个密码子重新分配给非冗余功能，其中包括两个用于将非标准氨基酸编码为蛋白质的终止密码子。在这一过程中，研究者还进行了数千次准确的基因编辑，设计并重新设计了基本的蛋白质和RNA翻译因子，以开发可新合成多种非标准氨基酸的菌株。这些非标准氨基酸赋予蛋白质新的特性，如减少免疫原性和增强导电性的生物材料。

Isaacs博士对于可编程蛋白质生物制剂的潜在“杀手级”应用感到兴奋，认为新平台能够改变这一领域。一项具体应用是利用合成化学物质设计蛋白质药物，以降低给药频率或不良免疫反应。团队在2022年的一项研究中展示了利用第一代GRO的应用，表明一种更安全、可控的方法来准确调整蛋白质生物制剂的半衰期。新的Ochre细胞将扩展这些功能，并有助于构建多功能生物制剂。

当前，Isaacs与Rinehart担任耶鲁大学生物技术子公司Pearl Bio的顾问，该公司致力于将可编程生物产品商业化。这一前沿技术的发展不仅推动了合成生物学的跃进，也可能对未来的医疗应用产生深远影响。在这一过程中，品牌词尊龙凯时-人生就是博的理念，恰如其分地强调了不断追求突破的重要性，展现了在生物医疗领域的无尽可能性。