迄今为止，生命的遗传密码仅含有4个天然的碱基。这些碱基配对形成两个“碱基对”---DNA梯子的横档---而且它们经过简单地重新排列可制造出细菌、蝴蝶、企鹅和人类。正如我们所知道的，4个碱基组成所有的生命。

　　如今，来自美国斯克里普斯研究所(TSRI)的Floyd Romesberg教授和他的同事们宣布开发出首个稳定的半合成有机体。基于他们在2014年合成出一个DNA碱基对的一项研究，他们制造出一种使用4个天然碱基(A、T、C和G)的新细菌，但是它的遗传密码也含有两个配对的合成碱基：X和Y。他们证实当他们的单细胞有机体分裂时，它能够无限期地保持这个合成碱基对。相关研究结果近期发表在PNAS期刊上，论文标题为“A semisynthetic organism engineered for the stable expansion of the genetic alphabet”。

　　尽管这种类型的有机体在未来的应用仍然遥遥无期，但是研究人员说，这项研究可能被用来制造具有新功能的单细胞有机体，如用于药物发现等等。

　　构建一种独特的有机体

　　当Romesberg和他的同事们在2014年的那项研究中合成出X和Y时，他们也证实经过基因修饰的大肠杆菌能够在它们的遗传密码中持有这个合成碱基对。然而，这些大肠杆菌不能做的事情是当它们分裂时，让这个碱基对无限期地保持在它们的遗传密码中。在一段时间之后，X和Y碱基对会丢失，从而限制这些大肠杆菌使用它们的DNA中持有的这些额外的遗传信息。

　　Romesberg将这种存在缺陷的有机体比作为婴儿。在它成为真正的生命之前，它需要进行一些学习。

　　TSRI研究生Yorke Zhang和Brian Lamb一些协助开发让这种单细胞有机体保持这个合成碱基对的方法。

　　首先，Zhang和Lamb对一种被称作核苷酸转运蛋白(nucleotide transporter)的工具进行优化。核苷酸转运蛋白可携带复制这个非天然碱基对所需的材料跨过细胞膜。Zhang解释道，“这种核苷酸转运蛋白用于2014年的那项研究，但是它让这种半合成有机体患上严重的疾病。”这些研究人员对这种核苷酸转运蛋白进行改进来缓解这种问题，从而使得这种半合成有机体更容易生长和分裂，同时将X和Y保持在它们的遗传密码中。

　　接着，这些研究人员对他们之前的Y版本进行优化。这种新的Y是一种化学上不同的分子。在DNA复制期间，它能够被合成DNA分子的酶更好地识别。这使得细胞更容易复制这个合成碱基对。

　　CRISPR-Cas9的新用途

　　最后，这些研究人员利用CRISPR-Cas9为这种半合成有机体设置一个“拼写检查”系统。CRISPR-Cas9是一种越来越流行的用于人基因组编辑实验中的工具。但是不是用于编辑基因组，他们借用了CRISPR-Cas9在细菌中的初始作用。

　　在细菌中，CRISPR-Cas9(一种DNA片段和一种酶)作为一种免疫反应发挥作用。当细菌遭遇到危险(以病毒为例)时，它获得入侵病毒的基因组片段，将这些片段整合到它自己的基因组上。如果这种入侵病毒再次来临，那么它能够利用这些整合的片段引导一种酶发动攻击。

　　了解这种情形后，这些研究人员对他们的这种半合成有机体进行改造，让它们将一种缺乏X和Y的基因序列识别为一种外来的入侵物。丢失了X和Y的细胞将会被标记为摧毁，从而留下携带这些新碱基的半合成有机体。这就像是这种有机体对这个非天然碱基对丢失产生免疫力。

　　Lamb说，“从基本层面而言，我们能够解决这个问题。”

　　因此，这些研究人员的半合成有机体在分裂60次后能够将X和Y保持在它的基因组中，从而导致他们认为它能够无限期地保持这个非天然碱基对。

　　这提示着所有的生命过程能够受到操纵。

　　作为未来研究的基础

　　Romesberg强调这项研究仅在单细胞有机体中开展，这并不意味着它可用于更加复杂的有机体中。他补充道，这种半合成有机体的实际应用在这个点上是“零”。迄今为止，科学家们仅能够让这种半合成有机体储存遗传信息。

　　接下来，这些研究人员计划研究它们的新的遗传密码如何能够转录为RNA，即将DNA翻译为蛋白所需的分子。Zhang说，“这项研究为我们继续开展研究奠定基础。”