DNA
前言：基因编辑技术出现重大突破！本周三（15日）国际知名学术期刊《自然》刊登了英国剑桥大学分子生物学研究团队的基因研究论文，介绍了该团队创造出的全球第一种体内DNA全为人工编辑合成的生物。该实验证明即使DNA编码遭大幅改动，生命仍能生存。该研究为可用于生产癌症、多发性硬化症、心脏病和糖尿病等新式药剂铺路，并有助破解DNA编码运作机制的谜团。
这个被称为「Syn61」的生物实是一株大肠杆菌菌株，但其特别之处在于其基因组全部经人工重新编写，自然界中并不存在。这株菌株的基因组由剑桥大学分子生物学实验室研究人员经过两年研究，在实验室中编写出来，共拥有400万对由「A、T、C、G」四组碱基组成的碱基对，若印在A4纸上多达970页，也创下了最庞大的人工编写基因组纪录。领导该项研究的剑桥大学分子生物学实验室科学家钱杰森（Jason Chin）表示，团队进行实验时，还未知道能否创造出这样庞大和改动得这样多的基因组。
DNA是由腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、胞嘧啶（C）与鸟嘌呤（G）4种碱基排列组合而成的巨大分子，作为指示身体制造蛋白质的编码。每3个碱基会排列出一组译码，例如ATC、CGA等等，总共有个64组合，这些组合排列起来若出现有功能、有作用的片段，就被称为基因，而一套完整包含生物所有遗传信息的基因就是基因组。
64组基因译码
从单细胞生物到人类几乎所有的生命体都使用了64组译码，但它们当中有些功能重复，其中61组译码会产生20种天然氨基酸，它们组合在一起，便建构出了自然界中任何一种的蛋白质。剩下3组的译码就像是休止符号，功用是在蛋白质建构完成时通知细胞，如同标记一个句子结束的句号一样。
剑桥大学的分子生物学家贾森带领团队以常见于土壤与人类肠道的大肠杆菌为研究对象，借由改写不同的密码子探究背后机制。
密码子的概念
研究人员先列出大肠杆菌的完整DNA编码文字版，然后将3种译码替换成已知有相同功能的另一组，例如将编码中的所有TCG组合替换成AGC等。最终研究团队不仅完全重编了Syn61的基因组，还只用了59组译码就合成出20种必需氨基酸，并将代表「句号」的译码从3个压缩为2个，保留剩下的译码为将来在活细胞内生成非天然存在的蛋白质，提供了合成空间。团队历经超过1.8万次修改后得出一份全新的基因编码。
研究人员之后人工合成出构成编码的化学物质，并逐段植入大肠杆菌中。经过两年时间，专家终以人工合成DNA完全取代原有的DNA，得出新生物大肠杆菌Syn61。Syn61生长速度较一般大肠杆菌慢得多，形状亦较长，但仍能存活。这次实验是迄今为止全球最庞大的DNA编码替换研究，开创了合成生物学领域新的里程碑。
大肠杆菌
至于重组基因编码对未来基因工程研究带来什么贡献，钱杰森指出，由于重新编码的DNA与一般DNA不同，入侵的病毒很难在内部传播，使它们具有抗病毒性。大肠杆菌被大量使用在治疗癌症、多发性硬化症、心脏病和糖尿病的药剂生产过程中，但当过程中遭到病毒或其他微生物入侵时，整个生产过程都会被破坏。然而病毒在重新编码的DNA内很难进行传播，故此能很好的抵御病毒带来的破坏。
此外，释放出的多余编码在未来可以被用于许多其他途径，例如，让相应编码的转运核糖核酸RNA改去接附其他的非天然氨基酸，进而在细胞或生物体内合成新的多肽或蛋白质，也为工业应用中构建更广泛的蛋白质打开了一扇全新的大门。
结语：科学界对基因编辑的研究已经进行多年，这次实现微生物基因全人工编辑，对治疗癌症、多发性硬化症、心脏病和糖尿病的医学科技发展大有助益。可以展望，有朝一日基因编辑技术或许可以做到对人类DNA完全解读，用以彻底治疗遗传性疾病。期待这一天的尽快到来！
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