2010年5月，由J. Craig Venter領導的團隊宣佈他們創造了世界上第一個“合成細胞”，合成生物學因此成為全國頭條新聞。該團隊使用計算機複製了整個細菌基因組，當將其插入到自身基因組已被移除的細胞中時，細胞被“啟動”，然後將合成的基因組傳遞給其後代。
這項成就絕非易事，但新的基因組雖然是人造的，但幾乎完全是對自然界已存在基因組的複製。現在，1月4日發表在PLoS One上的一項新研究表明，在實驗室設計且與自然界中發現的任何序列不同的DNA序列，當插入到缺失生存必要基因的細胞中時，可以“拯救”其中一些細胞。
普林斯頓大學化學教授、該研究的領導者邁克爾·赫克特解釋說，這些序列並非隨機序列。相反，它們是有意設計的，用於編碼氨基酸排列，氨基酸排列可以摺疊成相對粗糙的三維蛋白質結構，這些結構與任何天然蛋白質都不同。在過去的三十年中，科學家們改進了從頭設計全新蛋白質的方法，並且他們已經證明，有些蛋白質甚至可以催化反應。“由於蛋白質基本上是在細胞中工作的分子機器，”赫克特說，下一個合乎邏輯的問題是：“你能否得到一個你從頭設計的蛋白質，讓它在細胞中工作？”
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為了找到答案，赫克特和他的同事使用了27種大腸桿菌菌株，每種菌株都缺少一個基因，考慮到它們生長的營養貧乏的培養基，這應該使它們無法生存。然後，研究人員向細胞引入了一百多萬個合成DNA序列，每個序列都已知編碼一種先前設計的蛋白質。赫克特解釋說：“如果我們給它們一個機會來拾取我們的基因之一，並且如果該基因使它們能夠在這些選擇性條件下生存，那麼該細胞將形成一個菌落，而其所有鄰居都已死亡。”
果然，經過幾天的孵育，四個獨立的實驗菌株形成了菌落，而對照組中的細胞全部死亡。為了確保存活的細胞是因為它們整合了一個新的基因而存活下來，並且生存不是原始染色體上適應性突變的結果，研究人員從這些新菌落中純化了DNA，並將其插入到具有相同原始基因缺失的新細胞中。“我們一遍又一遍地轉移它，以確保表型——生存——與基因型一起轉移，基因型是我們放入的那段DNA，”赫克特解釋說。“對於像這樣令人震驚的事情，在你做了很多對照之前，你不會相信它。”
這是如何發生的？赫克特說，這仍然不是很清楚。雖然新的蛋白質可能已經取代了缺失蛋白質的催化活性，但它們也可能透過一種完全獨立的、仍然未知的機制維持了細胞的生存。赫克特補充說，旨在闡明這些機制的實驗正在進行中，並且“非常非常重要”。
牛津大學有機化學教授本傑明·戴維斯說，他沒有參與這項研究，但在自己的實驗室研究人造蛋白質。戴維斯說，赫克特和他的團隊進行了一項“非常乾淨的實驗”，並補充說他們“非常清楚關於這個問題有很多未解答的問題。但它們是很棒的未解答的問題。”
戴維斯解釋說，具體來說，即使某些過程已經在自然界中進化，但它們不一定是唯一可以起作用的過程。“自然界尚未探索的可能性太多了。”
正如這項新研究的作者所指出的那樣，自然界中出現的DNA和氨基酸序列僅代表“基因和蛋白質可能存在的理論序列空間中的極小一部分”。
“進化不是以試圖描繪一切的方式運作——它不能。這是不可能的，”戴維斯說。因此，如果赫克特小組的新蛋白質沒有取代被刪除的確切催化活性，“它們可能有無數種不同的工作方式，”他說，對這些可能性的調查“正是我們在合成生物學中應該做的實驗型別。”
與此同時，這項新成果是否使科學家們更接近創造人造生命？赫克特說，即使有，也只是非常輕微的。“如果你想象一個維持生命的工具箱，我們只是更換了一些螺絲刀。關於人造基因組的問題是：你能否用一個全新的工具箱來維持生命？我們離那個目標還差得很遠。”