Toward life with a 19–amino acid alphabet through generative artificial intelligence design

人工智能 计算机科学 生成语法 人工生命 字母表 有机体 自然语言处理 翻译(生物学) 计算生物学 基因座(遗传学) 生物 模式生物 生物有机体 化学 核糖体 生成模型
作者
Liyuan Liu,Charlotte Rochereau,Simon Kozlov,Guillaume Urtecho,X.Y. Liu,Jiahui Zhao,Jasmine Wang,Yiming Huang,Yiming Qu,Zetian Zhang,Tomasz Blazejewski,Avi Swartz,S Ovchinnikov,Harris H. Wang
出处
期刊:Science [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:392 (6797): eaeb5171-eaeb5171
标识
DOI:10.1126/science.aeb5171
摘要

Because all known living organisms are made from at least 20 canonical amino acids, the feasibility of life using a more simplified alphabet remains unclear. In this work, we leveraged computational design and synthetic biology to explore building a cell from a 19–amino acid alphabet. Initial analyses suggested that isoleucine (Ile) may be dispensable, which we confirmed by directly replacing Ile residues in essential proteins in Escherichia coli . Critically, protein language models and structure-based models were necessary to redesign functional Ile-less proteins in most cases. We systematically replaced all 382 Ile residues from the ribosome and combined 21 redesigned subunits at a native genomic locus to produce a viable, evolutionarily stable cell. This work provides a roadmap to create the first 19–amino acid organism since early evolution.
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