现在，斯克里普斯研究所的科学家们已经证明，这种合成细菌可以在实验室中进化出具有增强特性的蛋白质，使用自然界20种氨基酸构建块可能无法实现的机制。

研究人员发现，将人工扩增遗传密码的细菌暴露在它们不能正常生长的温度下，一些细菌进化出了新的耐热蛋白质，在它们通常会失活的温度下保持稳定。研究人员在《科学》杂志上报告了他们的发现美国化学学会杂志（江淮）.

事实上，地球上的每一种生物都使用相同的20种氨基酸作为构建蛋白质的基石，而蛋白质是执行大部分细胞功能的大分子。彼得·舒尔茨博士，《江淮斯克里普斯研究公司(Scripps Research)的总裁兼首席执行官，他开创了一种方法，重新编程细胞自身的蛋白质生物合成机制，向蛋白质中添加新的氨基酸，称为非规范氨基酸(ncAAs)，其化学结构和性质在普通的20种氨基酸中是没有的。

这种扩展的遗传密码在过去被用来合理地设计具有新特性的蛋白质，作为研究蛋白质在细胞中如何工作的工具，以及作为治疗癌症的新型精确工程药物。研究人员现在要问，具有扩展遗传密码的合成细菌是否比那些仅限于20个构建模块的合成细菌具有进化优势——从进化适应性的角度来看，21个氨基酸密码是否比20个氨基酸密码更好?

舒尔茨说:“自从我们首次扩大了可以与蛋白质结合的氨基酸的范围以来，我们已经做了很多工作，利用这些系统来设计具有新的或增强特性的分子。”“在这里，我们已经证明，将扩展的遗传密码与实验室进化相结合，可以创造出具有增强特性的蛋白质，这可能是自然界中更有限的一组难以实现的。”

科学家们从调整基因组开始大肠杆菌这样细菌就可以用21个氨基酸编码产生蛋白同丝氨酸-琥珀基转移酶(metA)，而不是通常的20个氨基酸编码。metA是一种重要的代谢酶，它决定了人体的最高温度大肠杆菌可以茁壮成长。高于这个温度，metA开始失活，细菌死亡。然后，研究人员制造了metA突变体，在这种突变体中，天然蛋白质中的几乎任何氨基酸都可以被第21个非规范氨基酸取代。

在这一点上，他们让自然选择——进化的核心机制——发挥它的魔力。通过将细菌加热到44摄氏度——在这个温度下，正常的metA蛋白无法发挥作用，因此细菌无法生长——科学家们对细菌种群施加了选择性压力。正如预期的那样，一些突变细菌能够在超出其典型温度上限的情况下存活，这要归功于拥有更热稳定的突变metA——所有其他细菌都死亡了。

通过这种方式，研究人员能够驱动细菌进化出一种突变的metA酶，这种酶可以承受比正常温度高21度的温度，这几乎是人们在受限于普通20个氨基酸构建块的突变时通常实现的热稳定性增加的两倍。

研究人员随后确定了导致metA突变的特定基因序列变化，并发现这是由于它们的一种非规范氨基酸的独特化学性质，实验室进化以一种聪明的方式利用了这种氨基酸来稳定蛋白质。

舒尔茨说:“用一种自然界中不存在的新氨基酸进行如此小的突变，如何能显著改善蛋白质的物理特性，这令人震惊。”

“这个实验提出了一个问题，一个20个氨基酸的密码是否是最佳的遗传密码——如果我们发现具有扩展密码的生命形式，它们是否具有进化优势?如果上帝在第七天工作，并在密码中添加了更多的氨基酸，我们会是什么样子?”

除了舒尔茨之外，这项名为《用基因编码的非规范氨基酸增强蛋白质稳定性》的研究报告的作者还包括Scripps研究所的Jack C. Li、Tao Liu、Yan Wang和Angad P. Mehta。这项研究得到了美国国立卫生研究院的支持(拨款R01 GM062159)。