基因组工程使科学家能够修改微生物的遗传密码。现在，研究人员已经改造了大肠杆菌的基因组，使其对病毒感染免疫。这些感染常常导致细菌培养失败。研究人员还为这种工程菌株配备了安全特性，可以阻止不必要的遗传物质转移到其他细菌身上。这些特征可以作为生物安全装置，防止工程细菌在实验室外存活。为了进一步提高其生物安全性，研究人员设计了一种依赖于自然界中不存在的氨基酸的菌株。这种氨基酸必须提供给培养物以使细菌生长。

　　生物制造利用大肠杆菌等细菌作为“生物工厂”来生产化学品、生物材料和生物燃料。这需要培养大量的细菌。这些培养物面临病毒感染的风险。这可能导致细菌培养的崩溃，停止生产。另一个风险是经过改造的生物体可以逃逸到环境中。在那里，他们可以将改造过的基因转移到其他生物体中。这项工作提供了一种新的基因组工程技术，大大降低了这种病毒污染的可能性。它内置了生物安全措施，以防止工程微生物在实验室外生长并转移其遗传物质。这项技术将扩大工程微生物的应用范围和商业潜力。

　　大多数生物体的DNA中都有相同的遗传密码。DNA密码由四个字母组成，可以形成64个三个字母的单词(或密码子)。细胞通过将每个密码子翻译成构成蛋白质的20个构建块(称为氨基酸)中的一个，来“表达”基因中编码的可观察特征。为了构建蛋白质，细胞使用特定的转移核糖核酸(tRNA)添加每个氨基酸，tRNA“读取”相应的密码子。在某些情况下，几个不同的密码子对应于相同的氨基酸，因为遗传密码有64个密码子对应20个氨基酸。为了找出基因组工程是否能赋予病毒对细菌的抵抗力，研究人员测试了一种“重新编码”的大肠杆菌菌株，它的遗传密码被重新编程，只使用61个密码子，而不是64个。他们预计病毒将无法感染重新编码的菌株，因为病毒基因使用了所有64个密码子。然而，一些病毒含有它们自己的trna，因此能够感染重新编码的菌株。为了避免这种情况，研究人员进一步设计了额外的trna，这些trna添加了与特定密码子编码的氨基酸不同的氨基酸。当病毒试图感染这些工程细胞时，病毒蛋白被错误地翻译，杀死病毒。同样的效果可以防止重新编码的菌株基因在跳入其他细菌中时被表达出来。最后，新编码的菌株还需要一种合成氨基酸才能存活，以确保它不能在实验室外生长。这种工程细菌和其他微生物之间的“遗传防火墙”使研究新的生物功能成为可能，并使转基因细菌在生物制造等应用中更加安全。

　　这项研究得到了能源部科学办公室、生物和环境研究办公室、国家科学基金会、国家卫生研究院和欧洲分子生物学组织的支持。