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AI助力科学家尝试将遗传密码从20种氨基酸削减至19种
遗传密码是生命的基础，几乎所有生物都使用相同的20种氨基酸构建蛋白质。但科学家们一直好奇，更早期的生命是否只用了更少的氨基酸。近日，哥伦比亚大学和哈佛大学的研究团队借助AI工具，成功改造了核糖体的一部分，使其能够在不依赖异亮氨酸的情况下正常工作——这标志着人类首次尝试从遗传密码中移除一种氨基酸。
为什么削减氨基酸？
大多数合成生物学工作致力于扩展遗传密码，例如引入非天然氨基酸以创造新功能。但本研究反其道而行之，试图减少氨基酸种类。研究动机源于对生命起源的探索：在最后一个共同祖先之前，生物体可能尝试过多种遗传密码，并使用蛋白质和催化RNA的混合体来运行代谢。虽然催化RNA已被广泛研究，但我们对减少氨基酸后的蛋白质化学性质知之甚少。AI工具的成熟使重新设计蛋白质以使用更少氨基酸变得比几年前现实得多。
选择异亮氨酸的理由
异亮氨酸是三种高度相似的氨基酸之一（另两种是亮氨酸和缬氨酸）。它们都具有由碳和氢组成的支链结构，疏水性强，常位于蛋白质内部以避开水环境。因此，从逻辑上推断，移除其中之一是合理的。研究人员还通过分析大肠杆菌基因组发现，在相关物种的蛋白质中，异亮氨酸是最常被其他氨基酸替换的，这进一步支持了选择。
研究成果与意义
团队运用AI工具重新设计了核糖体中的一段关键蛋白区域，使其不再需要异亮氨酸。这一成功验证了削减遗传密码的可行性，为理解早期生命演化提供了实验依据。未来，他们计划尝试移除更多氨基酸，以探索最小化遗传密码的极限。
这项研究不仅深化了对生命起源的认识，也可能推动合成生物学发展——例如，设计在极端环境中更稳定的蛋白质，或创造具有全新功能的生物系统。
