哈佛医学院的研究者们为编辑活细菌的遗传密码，发明了一种查找-替换工具。此技术提供了一种更有效地操控活体生物的方法，并且有可能最终应用于制造更安全、更健全的工业微生物，以及生产各种新药和化学制品。

　　构成一个生物体遗传密码的大部分基因，本质上都是为了合成蛋白质。每一个基因都由一长串分子构成，被称为核酸。三个这样的核酸——三个一组被称为密码子——告知细胞在合成蛋白质时，应当使用哪一个氨基酸。

　　细胞可以利用22种已存在的天然氨基酸，以堆积木的方式来合成蛋白质。不过，化学家在实验室中利用化学工具，而非生物工具，已经合成了一百多种氨基酸，称之为“非天然氨基酸”（unnatural amino acids）。自然存在的生物不能利用这些化合氨基酸进行蛋白质的制造或构建。能够利用这些氨基酸构建蛋白质的生物，将会开创新的可能性，尤其是在药物开发方面。但是正常细胞缺乏必要的遗传密码同这些非天然氨基酸配套工作。

　　由乔治·丘奇（George Church）领导的一个哈佛研究组，开发了一种编辑基因的工具，用来编辑那些可以改变这种状况的基因。为了使微生物能够采用非天然氨基酸构建蛋白质，研究者必须能编辑基因组上的所有特定的密码子，又能控制读取这些密码子的细胞体系。此新工具使他们可以进行第一部分的工作。

　　丘奇说，他希望用此方法完成三个目标。第一，构建能够生产新药和其他化学制品的细菌。第二，在遗传结构上改造细菌，使其不能在实验室之外存活，因为这些细菌依赖非天然氨基酸生存——一项可以防止因此类细菌外泄而造成环境破坏的显著成果。第三，由于病毒可能造成工业生产中的问题，因此要使细菌对病毒免疫。“达成这些目标的方法就是改变惯用生物遗传密码的[内涵]。”丘奇说。

　　近期，在《科学》期刊上，丘奇研究组描述了在活体大肠杆菌中如何删除一个特定密码子的所有314例所在，并用其他密码子替代它们。法轮·艾萨克（Farren Isaacs）共同领导了此项研究工作，他现在是耶鲁大学的分子生物学助理教授。重组过程包括在多种大肠杆菌菌系中进行小规模的遗传改变，而后将它们结合。

　　J·克雷格·温特研究所（J. Craig Venter Institute）的研究者们之前阐明了一种不同的编辑全基因组的方法。他们与去年制造出第一个“人造活细菌”的研究组是同一组。温特研究组在电脑上编辑基因组，接着利用机器与酵母细胞的联合体来合成整个基因组；然后，该基因组被移植到受体细胞中。

　　丘奇的方法在活细胞中导入了遗传改变。他认为此方法的优势在于：当其开始产生更大的改变时，能够矫正错误。丘奇希望，他的最新工作能够使其他研究者相信“基因组水平”工程的价值。他的方法和温特研究所开发的方法都涉及使用DNA合成仪来产生大量DNA以使工程细胞吸收采用。DNA合成技术依然昂贵。而且两种技术所耗费的时间，尽管在不断的缩短，但仍然是另一项支出。“我们需要将成本降低，并且要琢磨使用的便宜性。”他说。

　　利用非天然成分合成蛋白质是非常有价值的，因此，生物学家们数十年间一直在潜心研究，尽管成效不大，加州理工学院（Caltech）的化学工程教授大卫·蒂雷尔（David Tirrell）说。蒂雷尔不是哈佛研究组的成员。

　　两家公司——与蒂雷尔有关联的艾欧塞姆（Allozyme）公司，以及艾姆布瑞克斯公司（Ambrix）——都使用非天然氨基酸生产蛋白质药品。两家公司都具有工程细菌，可以生产仅含一个非天然氨基酸的蛋白质。制造能够利用更多的非天然氨基酸来生产各种新分子的生物，将为蛋白质药物开创新的疆域，他说。含非天然成分的蛋白质或许还能通过身体中的那些目前还难以突破的障碍，例如血脑屏障。丘奇研究组正在同艾姆布瑞克斯公司展开合作。