IT之家8月29日消息，哈佛大学医学院及威斯生物启发工程研究所（Wyss Institute）的George Church团队开发出一种名为AGENTEX的新工具，将蛋白质设计可使用的「氨基酸字母表」从天然的20种扩展至34种。该工具无需改造活细胞基因组，在试管中即可批量构建新型蛋白质。相关研究成果于当地时间8月26日发表于《自然》。

中学课本中提到，自然界中的蛋白质主要由20种氨基酸构成。由于编码氨基酸的密码子（由三个DNA或RNA碱基组成的三联体）存在冗余，例如UCU、UCC、UCA和UCG均编码丝氨酸，科学家长期希望重新分配部分密码子的功能。但过去重新编码基因组的方法耗时且干扰细胞正常功能——Church团队在2013年用九年时间仅为大肠杆菌释放了一个密码子，又用了十年释放了第二个，使细胞能利用最多22种氨基酸。AGENTEX则一次使34个密码子可定制，研究人员可制造含34种不同氨基酸的蛋白质。

AGENTEX通过在细胞外重构蛋白质合成过程绕开上述限制。团队首先通过该工具设计并制造转运RNA（tRNA），为其指定天然或人工设计的氨基酸，随后筛选性能较优的tRNA，再设计与之匹配的工程化核糖体。将这些组分加入不含完整细胞、但保留蛋白质合成功能的裂解液中，即可合成具有新型氨基酸组成的蛋白质。该方法还能与开源机器人平台（如Opentrons）集成，实现数千种独特分子的并行构建、测试和进化，无需像此前那样为每种新氨基酸花费多年进行基因组重写。

研究过程中的关键发现，在于tRNA末端区域的「可塑性」高于此前认知。每个tRNA的末端均具有CCA序列，此前的生物学「教条」认为任何其他序列都会导致tRNA无法被酶识别、无法携带氨基酸且不被核糖体允许进入。但团队借助名为tSCAN的工具发现，部分具有非标准末端序列（如CGA）的tRNA仍能成功携带氨基酸。由于非CCA的tRNA不会被天然核糖体接纳，研究人员可工程化设计仅与特定替代序列（如CGA）配对的核糖体，从而构建一套独立于天然蛋白质合成系统的人工遗传密码系统。

AGENTEX提供了一套完整的自动化工作流程，包含免费开源的软件工具。研究人员可用其设计并生产具有不同非CCA末端序列和34种氨基酸的tRNA，并在裂解液中进行批量测试。随后选取最成功的tRNA，设计匹配的核糖体，在裂解液中生产新型蛋白质。团队还表示，tSCAN为研究与tRNA相关疾病（如糖尿病和听力损失）的突变提供了新方法。

众所周知，蛋白质合成是所有生命最基础的系统之一，其核心机制在数十亿年的进化中几乎没有改变。AGENTEX的全称为automated genetic tRNA expansion（自动化遗传tRNA扩展）。该技术未来有望应用于新型药物、材料、食品等领域的研发。