构建抗病毒感染和防基因污染的工程菌

基因工程问世以来，人们构建出不同种类的工程菌用于生产各种药物、工业产品和生物材料等。但是自然界有很多病毒可侵染这些工程菌，导致发酵失败并造成大量经济损失。此外，工程菌还可能将其基因传播给自然界中其他微生物，造成基因污染。为了解决上述问题，科研人员尝试构建抗病毒感染和防基因污染的工程菌。

科研人员首先通过重构遗传密码构建了一种大肠杆菌S。生物体中有六种密码子对应丝氨酸，科研人员对大肠杆菌基因组进行改造，将丝氨酸密码子UCG、UCA对应的基因序列变为其他四种丝氨酸密码子所对应的 DNA碱基序列，同时敲除上述两种密码子所对应tRNA的编码序列，得到大肠杆菌S。但随后科研人员发现仍有一些病毒可以感染大肠杆菌S，可见仅重构几组密码子是不够的，有些病毒能够绕过这些缺失的密码子。

近日，科研人员在大肠杆菌S的基础上， 向其基因组中添加了两种编码诱骗tRNA的基因，并进行一系列改造，构建出了一种不会被任何已知病毒感染的大肠杆菌L。L菌诱骗病毒的机理如下图所示，图中显示了L菌中携带亮氨酸的两种诱骗tRNA。因为亮氨酸和丝氨酸在物理和化学性质上差别很大，导致所合成的病毒蛋白质丧失正常的结构功能，从而使病毒无法完成复制。虽然某些病毒自身可携带正确的tRNA基因，转录出少量正确的tRNA， 但在大肠杆菌L中诱骗tRNA占比很高，可有效抑制病毒的自我复制。

此外，通过基因组改造，L菌的亮氨酸密码子也被替换为UCG或 UCA，并且L菌只能在含有人工添加的特殊物质的培养基中生存，保证其基因在自然界中不会传播给其他微生物。

目前，很多医用、工业生产等所需材料主要通过化学方法合成，成本高昂。上述研究为在未来使用改造后的微生物大量合成这些材料降低成本提供了研究基础。