为大家分享一篇发表在Science上的文章，文章通讯作者是来自剑桥大学分子生物学实验室的Jason Chin教授，他们实验室开创性地对重新编程生物遗传密码方法进行了开发和应用。这篇文章中，他们通过对大肠杆菌中同义密码子进行压缩、重新分配及细菌的实验进化，实现了细菌抗病毒和编码翻译非天然氨基酸聚合物两项功能。

天然氨基酸大都由一个以上的同义三联密码子进行编码。人们普遍假设，去除有义密码子并从基因组中读取它们对应的 tRNA，即可创造具有自然生物学中未发现的，包括新的病毒抗性模式和编码非经典杂聚物等特性的细胞。相比于仅改造琥珀密码子，有义密码子的改造和重分配在理论上可以更高效地提高病毒抗性，丰富聚合物单体种类。然而，此前的研究者并没有成功地验证这些假设。在本文中，作者用合成的重编码基因组创建了对病毒有强抵抗力的大肠杆菌菌株Syn61Δ3。此外，基于这一菌株，作者成功实现了非天然氨基酸 (Noncanonical Amino Acids, ncAAs) 的编码掺入以及非经典杂聚物和大环化合物的可编码细胞合成。

作者基于此前工作中创造的大肠杆菌Syn61，设计了新型的Syn61Δ3菌株。在Syn61中，两个有义密码子（丝氨酸密码子TCG和TCA）和一个终止密码子（TAG）都被同义密码子替换。本文中，作者进化了Syn61，删除了解码 TCG、TCA 和 TAG 密码子的 tRNA 和释放因子（Release factor, RF）。serU（编码tRNA Ser CGA）、serT（编码tRNA Ser UGA）和prfA（编码 RF1）的删除会使 UCG、UCA 和 UAG 密码子不可读，并且核糖体将在包含它们的 mRNA 中的这些密码子处停滞。由于病毒基因组中有义密码子的丰度远高于琥珀密码子，且存在于病毒基因的整个长度内。因此，当病毒感染细菌时，细菌内无法有效产生全长的病毒蛋白。T6噬菌体感染Syn61Δ3的实验中显示，病毒整体滴度稳定下降，且T6感染对Syn61Δ3的生长影响很小，同时噬菌体混合物处理细胞的实验也得到了相似的结果。由此可知，Syn61Δ3对病毒产生了显著的、广谱的抗性。

接下来，作者为ncAA重新分配了合并的目标密码子，用于编码合成聚合分子。将正交 aaRS/tRNA YYY对（其中YYY是正交 tRNA的反密码子序列）引入Syn61Δ3感兴趣的基因中。正交对会指导非天然氨基酸（ncAA）的掺入,以响应 XXX 密码子。使用可识别不同ncAA并解码不同密码子的工程化相互正交氨酰-tRNA 合成酶 (aaRS)/tRNA 对，将 TCG、TCA 和 TAG 密码子分配给Syn61Δ3中不同的ncAA。基于此，作者将该体系应用于编码聚合物和大环的实验中。结果显示，通过将两种单体A和B分别分配给TCG和TAG密码子，他们成功合成了非天然氨基酸组成的多聚体和大环复合物。