顶级期刊《自然》重磅！人工生命来袭！科学家制造出六种碱基的人工新生命！

引言

近日，国际权威期刊《自然》杂志发表一项研究结果，美国斯克里普斯研究所（The Scripps Research Institute，TSRI）的研究者迈出了创造人工生命的关键一步，他们培养出了一个包含六种碱基和非天然氨基酸的新生命体。这个新型生命体能够合成非天然氨基酸的全新蛋白质。

▲领导本项研究的罗姆斯伯格（Floyd E. Romesberg）教授

当你还在口若悬河、滔滔不绝地向你的小伙伴们鼓吹、炫耀人工智能多么地领先前沿黑科技的时候，人工生命已经悄然来袭！近日，国际权威期刊《自然》杂志发表一项研究结果，美国斯克里普斯研究所（The Scripps Research Institute，TSRI）的研究者迈出了创造人工生命的关键一步。

领导这项《自然》研究的是美国斯克里普斯研究所（The Scripps Research Institute，TSRI）的罗姆斯伯格（Floyd E. Romesberg）教授，他们在此前的工作基础之上，终于实现了关键突破，除了向大肠杆菌的基因组DNA中添加入了一对新的非天然碱基“X、Y”之外，他们还成功地让这些大肠杆菌合成出了含有非标准氨基酸的蛋白质。

▶人工生命密码XY◀

众所周知，地球上绝大多数的生命的遗传信息都存储在DNA中。然而，这样一部存储了海量遗传信息的“生命之书”的形式却异常简单，只含有A、T、C、G四种碱基。 碱基按照互补配对的原则相互作用，即A和T发生相互作用，或者说互补，C和G互补。互补配对的碱基之间由氢键相连。

然而，世间相互配对或者说能够相互作用的物质相当多，有没有一对如同A、T、C、G这四个碱基配对一样的物质存在呢？答案是肯定的。

实际上，早在1989年，科学家就成功地在DNA中加入了两种人工碱基，就是这里所说的“XY”，只不过那时的实验是在模拟细胞内环境的化学反应溶液中，而不是在细胞内进行的。

2014年，罗姆斯伯格自己的实验室有了突破性的进展，他们成功地将这两种人工碱基“XY”加入到了大肠杆菌细胞内的基因组DNA之中，相当于这些大肠杆菌具有6种碱基即A、T、C、G、X、Y。在一定条件之下，这些DNA竟然能够在大肠杆菌中复制！

这不得不说是一个关键突破！从此，人类能够制造出含有6种碱基的人造生命！

▶且慢，还有几个问题待解◀

上面提到的人工碱基“XY”，其最经典的碱基对是： dNam-d5SICS（见下图），可以简单地把“dNam”这种物质当成X碱基，把“d5SICS”这种物质当成Y碱基，它们能够在细胞中配对。

▲经典的人工碱基对： dNam-d5SICS

但是dNam-d5SICS存在三点问题：1）细菌将非天然碱基对吸收进细胞内需要膜通道蛋白载体，虽然现有的通道蛋白可以输送非天然核酸dNam和d5SICS，但是效率非常低；2）同时低效率导致细菌的生长受到严重影响；3）由于细菌体内的磷酸酶会降解非天然核酸，非天然碱基对在细菌DNA上非常容易 44 34106 44 15265 0 0 3937 0 0:00:08 0:00:03 0:00:05 3936丢失。

▶迎刃而解◀

▲罗姆斯伯格研究团队将dNam-d5SICS碱基对改为dNam-dTPT3（X-Y）碱基对，提高了其体内的复制效率

为了解决以上问题，罗姆斯伯格研究团队在今年的《美国科学院院刊》上面发表一篇论文，对细菌进行了以下几点改造：1）对膜通道蛋白载体进行改造，大大的提高了非天然核酸的运输速率；2）将dNam-d5SICS碱基对改为dNam-dTPT3（X-Y）碱基对，提高了其体内的复制效率；3）由于UNP位点容易突变为碱基T，因此研究者们在细菌体内加入CRISPR/Cas9系统，用以修复突变。

▶两个关键突破◀

这篇《Nature》研究比以前的研究到底有什么突破呢？主要有两个关键突破。

首先，他们证明了非天然核苷酸遗传信息可以被解码成天然氨基酸。即，将非天然碱基X或者Y引入细菌基因组DNA中，也能够有效地编码正常的蛋白质，这些蛋白质不含有非天然氨基酸。

其次，证明了非天然核苷酸遗传信息可以被解码成非天然氨基酸。即，将将非天然碱基X或者Y引入细菌基因组DNA，也能够有效地编码含有非天然氨基酸的蛋白质。上面的实验中对于非天然氨基酸的引入效率也是非常高的，可以达到96.2%-97.5%左右。

▶AI已来，AL还会远吗？◀

AI，人工智能，Artificial intelligence的简称。

AL，人工生命，我们在这里把Artificial life的首字母缩写，简称为AL。

深度思考AI和AL，一个存在于虚拟世界的驱动引擎，一个是显现在现实研究世界的新生命，这两个看似完全不相关的领域，却有一个巨大的相同点，那就是人工智能和人工生命均走向人类的反面。

现实版的钢铁侠、集科技与商业才能于一身的著名私人航天公司Space X的老板Elon Musk曾惊呼人工智能的可怕。然而，大多数人恐怕都还是能够接受AI的世界，尤其是人工智能能够在诸多方面为人类带来好处时，比如帮助人类诊断疾病（请阅读本公众号往期精彩：重磅！美国医学JAMA顶尖期刊人工智能取代医生诊断糖尿病！医生又被抢饭碗了！）

当然，我们也知道，现在对于人工生命的担忧恐怕还显得有些多余。毕竟，这里的人工生命也仅仅是半合成人工生命，也只不过是简单的细菌而已。人工生命要强大到与自然生命媲美，恐怕还需要相当长的路要走！

参考资料：

1. Zhang, Yorke, et al. "A semisynthetic organism engineered for the stable expansion of the genetic alphabet." Proceedings of the National Academy of Sciences (2017): 201616443.

2. Zhang, Y. et al. "A semi-synthetic organism that stores and retrieves increased genetic information."Nature(2017)

《往期精彩》

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