在劍橋的 MRC 分子生物學實驗室，研究人員成功創造了一種全新的大腸桿菌菌株，名為 Syn57，這一菌株僅使用 57 種密碼子，相比於幾乎所有已知生命形式使用的 64 種密碼子，顯示出前所未有的基因組壓縮。這一創舉不僅推進了基因工程的邊界，也為未來開發能夠產生人造材料、抵抗病毒的生物工廠以及先進聚合物的生物體鋪平了道路。基因組是生命用來構建蛋白質的通用系統，通過三個字母組成的密碼子來讀取 DNA 和 RNA，這些密碼子指定氨基酸或發出停止合成蛋白質的信號。
生命通常使用 64 種密碼子來編碼 20 種氨基酸和三個停止信號，這意味著其實存在內部冗餘。通過去除一些重複的密碼子，科學家可以在基因組中釋放出空間，重新分配新的生化功能。Jason Chin 領導的團隊此前發佈了 Syn61，這是一種完全合成的 E. coli 菌株，僅使用 61 種密碼子。該早期版本已經被重新編程，能夠包括在自然界中不存在的非典型氨基酸，從而創造出全新的聚合物。而 Syn57 進一步推進了這一概念，去除了七個額外的密碼子，具體為四個與絲氨酸有關、兩個與丙氨酸有關以及一個停止密碼子。整體上，這個團隊在大腸桿菌的 4 百萬碱基基因組中更換了超過 101,000 次密碼子。
為了有效管理這一大規模的改寫，基因組被劃分為 38 個合成的 DNA 片段，每個片段約 100,000 個碱基。這些片段通過同源重組技術構建，並利用一種名為 uREXER（複製子切除增強重組）的工具進行組裝，該技術結合了 CRISPR-Cas9 和病毒酶，以精確地在單一步驟中替換 DNA。在逐步測試過程中，研究團隊識別出了那些不易重編碼或抑制細菌生長的基因組區域，並通過重新設計重疊基因、調整密碼子選擇以及優化 N 端編碼序列來解決這些問題，從而提高基因表達。最終，這些片段被融合進入了一系列半合成的菌株中，然後再集合成最終的完全合成的 Syn57 有機體。
儘管其基因組經歷了激進的改造，Syn57 依然能夠正常生長和運作。釋放出來的密碼子現在可以重新利用，以引入更多的非典型氨基酸，使得合成定制的合成聚合物、宏環以及潛在的新材料成為可能。至關重要的是，Syn57 可能對許多病毒具有免疫力，因為這些病毒依賴宿主的標準基因組來進行複製。這將使工業藥品製造變得更安全、更便宜，因為它消除了生物製造過程中一個主要的干擾源。研究的主要負責人 Wes Robertson 表示：「這是一個激進重編碼的基因組。按照今天的技術，這可能是生命能夠使用的最壓縮的代碼。」這項工作發表於《科學》期刊，並得到了 UKRI、歐洲研究委員會、威康信託基金會等機構的資助。
