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　　大自然是不断进化的——其极限仅取决于威胁物种生存能力的变异。研究遗传密码的起源和发展，对于解释生命的进化非常重要。最近在《Science Advances》发表的一项研究中，专门从事这一领域的一组生物学家，解释了遗传密码进一步发展的一个限制。

大自然是不断进化的——其极限仅取决于威胁物种生存能力的变异。研究遗传密码的起源和发展，对于解释生命的进化非常重要。最近在《Science Advances》发表的一项研究中，专门从事这一领域的一组生物学家，解释了遗传密码进一步发展的一个限制，我们知道，遗传密码是一套通用的规则，地球上所有生物都用其，将核酸（DNA和RNA）基因序列翻译成氨基酸序列，组成蛋白质，执行细胞功能。

在生物医学研究所(IRB巴塞罗那)ICREA研究员Lluís Ribas de Pouplana和基因组调控中心的Fyodor A. Kondrashov的共同指导下，该科学家小组已经证明，遗传密码进化到包括最多20种氨基酸，它无法进一步增长，是因为转移RNA分子的功能性限制——转移RNA这种分子是基因及其编码蛋白之间的语言翻译器。这会使发生30亿多年前的生命复杂性的增加停止，在细菌、真核生物和古细菌类独立进化之前，因为所有生物都使用相同的遗传密码，用遗传信息生成蛋白质。

这项研究的作者解释说，将基因翻译成蛋白质的机器，无法识别超过20种氨基酸，因为这会使它们迷惑，导致蛋白质不断突变，从而引起基因信息的错误翻译，产生“灾难性的后果”。 研究人员说：“基于遗传密码的蛋白质合成是生物学系统的决定性特征，对于确保信息的忠实翻译，是至关重要的。”

由形状引起的一个限制
遗传密码的饱和，起源于转移RNA（tRNA），这种分子负责识别遗传信息，并将相应的氨基酸携带到核糖体——在那里，根据编码在给定基因中的信息，氨基酸链被制成蛋白质。然而，tRNAs必须符合核糖体的腔洞，意味着这些分子必须采用一种L型的空间，在它们之间很少有变异的可能性。Ribas解释道： “因为新的氨基酸会给系统带来益处，事实上，我们使用超过20种氨基酸，但更多的氨基酸是通过不连接到遗传密码的、非常复杂的通路被合并进来。当大自然无法创建明显不同于现有tRNAs的新tRNAs、而不引起正确氨基酸识别的问题时，问题来了。这发生在20种氨基酸被延伸时。”

在合成生物学中的应用
合成生物学的一个目标是，增加遗传密码，并修改它来构建具有不同氨基酸的蛋白质，以实现新的功能。为此，研究人员在严格控制的条件下，使用生物（如细菌）来制造具有指定特征的蛋白质。研究人员总结道：“但这是非常难做的，我们的工作表明，如果我们要实现更有效的生物技术系统，就必须避免实验室合成的tRNAs和现有tRNAs之间的识别冲突。”

遗传密码是生命的通用语言。它描述了信息如何被编码进遗传物质，并且对所有生物（从简单的细菌到动物到人类）都是相同的。遗传密码的起源一直是个谜。在过去的两年里，维也纳的研究人员发现了几条令人惊讶的线索，可以帮助解开这个谜。相关研究结果以一系列论文的形式发表，最近一篇论文发表在2014年12月份的《Nucleic Acids Research》杂志。

2014年6月，日本RIKEN、东京大学等机构的科学家们在Nature杂志上发表文章，描述了一个确保tRNA合成酶、tRNA和氨基酸正确配对的巧妙机制。正是在这种机制的保驾护航之下，细胞才能够将遗传密码精确翻译成为细胞所需的功能性蛋白。

另外，凯斯西储大学的科学家们发现，在谈及信使RNA(mRNA)如何解译遗传密码中的关键信息时速度很重要。遗传密码是对维持生命至关重要的一连串复杂的指令。发表在2015年3月12日《细胞》（Cell）杂志上的研究结果，为科学家们确定如何更好地操控细胞来治疗疾病，并最终阻止疾病形成，提供了重要的新信息。

推荐原文摘要：
Saturation of recognition elements blocks evolution of new tRNA identities
Abstract: Understanding the principles that led to the current complexity of the genetic code is a central question in evolution. Expansion of the genetic code required the selection of new transfer RNAs (tRNAs) with specific recognition signals that allowed them to be matured, modified, aminoacylated, and processed by the ribosome without compromising the fidelity or efficiency of protein synthesis. We show that saturation of recognition signals blocks the emergence of new tRNA identities and that the rate of nucleotide substitutions in tRNAs is higher in species with fewer tRNA genes. We propose that the growth of the genetic code stalled because a limit was reached in the number of identity elements that can be effectively used in the tRNA structure.