Science丨科学家联手重构大肠杆菌：19种氨基酸的人造生命渐行渐近

在地球长达数十亿年的生命史中，无论是微小的细菌还是复杂的人类，都恪守着一套通用的“生命编码”：利用 20 种标准氨基酸构建蛋白质。 虽然翻译后修饰以及非标准氨基酸的添加可以增加生物体可利用的 “ 氨基酸 ” 种类，但目前尚未发现任何能够使用少于 20 种氨基酸作为其遗传编码系统的 可以 自由生活 的 生物。 这引出了一个挑战生命底层逻辑的科学疑问：我们能否创造出一个“精简版”细胞，让它仅凭不到20种氨基酸就能正常生长？

在生命的“字母表”里，哪个字母是多余的 呢 ？为了理解这个复杂命题，我们可以将其比作文字系统。如果英文字母表从 26 个减至 25 个，英语的表达能力会受损吗？例如，将使用频率最低的“ z ”替换为“ s ”（如 realize 变为 realise ），文字依然通顺。在生命的词汇库里，科学家们也在寻找那个“可有可无”的字母。他们发现， 20 种氨基酸中存在功能冗余。例如，异亮氨酸（ Ile ）与缬氨酸（ Val ）在化学性质上极度相似。理论模型甚至暗示，仅需 9 到 12 种氨基酸，或许就能折叠出所有必要的蛋白质结构。

2026 年 4 月 30 日，来自哥伦比亚大学的Harris H. Wang教授和哈佛大学与麻省理工学院Sergey Ovchinnikov教授联合团队在 Science 发表题为 Toward life with a 19 – amino acid alphabet through generative artificial intelligence design 的研究论文。该研究在大肠杆菌上展开了一场大胆的“基因换血”。实验之初，“简单粗暴”的直接替换导致大肠杆菌核心蛋白质功能大幅瘫痪——生命系统的精密程度远超预期。转机出现在人工智能（ AI ）的介入。研究者借助 AlphaFold2 和 ProteinMPNN 等 AI 模型，对细胞内最核心的精密机器——核糖体（蛋白质生产工厂）进行了大规模的底层重构。经过缜密的“设计 - 构建 - 测试”循环（图1），科学家成功重新设计了全部52种核糖体蛋白，将异亮氨酸彻底从其序列中抹去。一株携带 21 个无异亮氨酸核糖体蛋白的大肠杆菌，在实验室中连续传代 450 代后，其基因组保持了惊人的稳定性，并未发生向原始序列的“倒退”。这项研究为合成精简的“19氨基酸生物”铺平了道路。这不仅是人类对生命起源边界的深情回望，更是工程化生命的巨大飞跃。通过 AI 与基因编辑的强强联手，我们正站在造物主视角的边缘，准备创造出拥有全新特性、突破自然极限的人造生命。

哥伦比亚大学博士后刘力源、博士研究生 Charlotte Rochereau 、哈佛大学文理学院 Simon Kozlov 以及博士后 Guillaume Urtecho 为共同第一作者， Harris H. Wang 教授和 Sergey Ovchinnikov 教授为共同通讯作者。 作者表示该 项目在初期阶段得到了 Larry Gold （科罗拉多大学博尔德分校）、 George Church （哈佛大学）、戴俊彪（中国农科院深圳农业基因组研究所）、刘陈立（中科院深圳先进院）、 Calin Plesa （俄勒冈大学）及 Nathan I. Johns 的悉心指导与深入探讨，在此一并致谢。

https://doi.org/10.1126/science.aeb5171

制版人： 十一

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