基因組的自由編輯一直是生物學(xué)家的夢(mèng)想，然而，大部分DNA編輯工具都很慢、昂貴且難用。為了解決這個(gè)問(wèn)題，哈佛醫(yī)學(xué)院等機(jī)構(gòu)開(kāi)發(fā)出快速且簡(jiǎn)單的基因組規(guī)模編輯工具，能夠利用“查找和替換”改寫(xiě)活細(xì)胞的基因組。

TAG終止密碼子是大腸桿菌基因組中最稀有的，只有314個(gè)，這也讓它成為替換的首要目標(biāo)。研究人員利用多重自動(dòng)基因組改造（multiplex automated genome engineering，簡(jiǎn)稱(chēng)MAGE）這種方法，用同義的TAA密碼子來(lái)位點(diǎn)特異性地替換32種大腸桿菌菌株中的TAG終止密碼子。研究小組2009年曾在《Nature》雜志上介紹過(guò)這種方法（Nature 460，894-898）。這種方法讓他們能夠測(cè)定單個(gè)的重組頻率，證實(shí)每次修飾的可行性，并鑒定出相關(guān)的表型。

MAGE這種小規(guī)模的改造方法替換了部分但不是全部的TAG密碼子。之后，利用細(xì)菌天然的接合能力，研究人員誘導(dǎo)細(xì)胞以更大規(guī)模轉(zhuǎn)移包含TAA密碼子的基因。這種新方法稱(chēng)為接合組裝基因組改造（conjugative assembly genome engineering，簡(jiǎn)稱(chēng)CAGE）。整個(gè)過(guò)程有點(diǎn)類(lèi)似NBA的季后賽，從16對(duì)到8對(duì)，再到4對(duì)、2對(duì)和1對(duì)，每一輪的獲勝者擁有更多的TAA密碼子和更少的TAG。

因急于分享他們的技術(shù)，研究小組在CAGE到達(dá)“半決賽”時(shí)就發(fā)表了他們的結(jié)果。結(jié)果顯示最終的4個(gè)菌株很健康。研究人員確信他們能夠創(chuàng)建出一個(gè)TAG密碼子被全部去除的菌株。

這項(xiàng)成果也可謂是合成生物學(xué)上的一大進(jìn)步，讓人想起了一年前的合成基因組細(xì)胞。J. Craig Venter和George Church這兩位頂尖科學(xué)家都將合成生物學(xué)帶到了基因組水平，但他們的方法卻截然不同。去年，Venter博士所在公司花費(fèi)50萬(wàn)美元，合成了蕈狀支原體，而Church博士則注重現(xiàn)有基因組的改造，從而避免了高額的測(cè)序費(fèi)用。

Church博士在文中表示，與Venter博士的方法不同，“我們的基因組改造技術(shù)將染色體看作可編輯、可進(jìn)化的模板”。而Venter博士沒(méi)有對(duì)Church的這項(xiàng)新成果發(fā)表溢美之詞，只認(rèn)為是“本領(lǐng)域的一個(gè)積極增加”。