2026年5月1日，《自然》（Nature）杂志发表了一项合成生物学领域的突破性研究：科学家成功将细胞的遗传密码从生命通用的20种氨基酸缩减至19种，并证明核心生命机制仍能在这一简化框架下正常运行。这一发现为理解生命起源、设计新型生物制造系统开辟了新路径。

研究背景

自生命诞生以来，地球上所有已知生物都使用相同的20种氨基酸来构建蛋白质。这一"标准遗传密码"被认为是生命进化过程中高度优化的结果。然而，科学家长期以来一直好奇：这20种氨基酸是否都是必需的？能否在不影响生命功能的前提下精简这一系统？

据《自然》报道，这项研究由一个跨学科团队主导，他们利用AI辅助设计策略，对大肠杆菌（E. coli）的基因组进行了系统性重构。

研究方法

Scientific American介绍，研究团队首先使用AI算法分析了蛋白质结构数据库，识别出所有依赖特定氨基酸（色氨酸，tryptophan）的关键位点。随后，他们通过以下步骤实现了遗传密码的缩减：

1. 重新编码基因组：将基因组中所有色氨酸密码子替换为另一种氨基酸的密码子
2. 蛋白质工程：利用AI预测并设计替代氨基酸，确保蛋白质的三维结构和功能不受影响
3. 释放密码子空间：移除色氨酸后，释放出的密码子可用于编码非天然氨基酸

研究团队发现，经过重新设计的细胞不仅能够正常生长繁殖，其核心代谢机制和蛋白质合成系统的运行效率也未受到显著影响。

科学意义

Ars Technica指出，这项研究的深远意义在于：

• 生命起源研究：如果生命可以在19种氨基酸的框架下运行，那么早期地球上的原始生命可能并不需要完整的20种氨基酸系统，这为生命起源研究提供了新的思路
• 合成生物学：释放的密码子空间可用于编码非天然氨基酸，从而创造出具有全新功能的蛋白质和生物材料
• 生物安全：经过重新编码的生物体在自然界中难以与野生菌株发生基因交换，为工业生物制造提供了"生物防火墙"

AI的关键角色

值得注意的是，AI在这项研究中扮演了核心角色。研究团队利用机器学习模型预测了数千种蛋白质突变的结构影响，筛选出能够在替代氨基酸环境下保持功能的变体。如果没有AI的辅助，这一规模的蛋白质工程在计算上几乎不可行。

该研究团队表示，下一步目标是将遗传密码进一步缩减至18种甚至17种氨基酸，同时探索释放出的密码子空间在生物制造中的应用潜力。

来源: Nature · Scientific American · Ars Technica