生命最大的谜团之一：它为何最终只选择了20种氨基酸来为所有生物（从单细胞细菌到庞然大物的鲸鱼）构建蛋白质？从化学角度看，许多标准氨基酸具有相似的化学结构和性质，这可能使它们变得可有可无。这就提出了一个有趣的问题：生命能否少用一种氨基酸？

在最近发表于《Science》的一项研究中，研究人员利用生成式AI和能够预测蛋白质3D结构的深度学习模型（如AlphaFold2），设计出Ec19——一种基因工程改造的大肠杆菌菌株，它仅使用19种氨基酸而非通常的20种。

在Ec19中，研究人员尝试看能否移除异亮氨酸（Ile）后仍然获得一个活着的、健康的细胞。由此产生的菌株保持基因组稳定，在实验室中经过超过450代的繁殖，其生长速率与正常细菌几乎相同，并且全基因组测序未发现Ec19试图恢复Ile并回归20种氨基酸系统的证据。

生命能否“少一点”生存？

自然界中存在超过500种不同类型的氨基酸，但生物体的蛋白质合成只使用那标准的20种。已知某些细菌会使用额外的氨基酸，使总数达到21种甚至22种，但尚未发现任何天然存在的生物使用的氨基酸少于这20种。大规模的遗传研究也印证了这一点。

然而，科学家也认为，在我们最后一个普遍共同祖先（LUCA）之前的早期生命形式，很可能使用了比我们今天所见更小的一套氨基酸。由于许多标准氨基酸具有相似的生化性质，它们的作用可能是冗余的。

计算研究表明，可能仅需9到12种氨基酸就足以构建几乎所有已知的蛋白质形状。就连细胞自身的蛋白质制造机器也并非完美，它偶尔会出错，大约8%的蛋白质最终至少含有一个错误的氨基酸，但大多数仍然功能正常。

在这项研究中，研究人员首先分析了20种氨基酸，以确定哪一种最可被替代。异亮氨酸（Ile）成为一个候选者，因为它在化学上与另一种氨基酸——缬氨酸（Val）非常相似。于是他们遵循一种称为“设计-构建-测试”框架的谨慎、逐步的方法，试图创建一种无需氨基酸Ile就能存活的活细胞。

起初，替换为类似的构件（缬氨酸）只在约43%的情况下有效。为了改进这一点，研究人员求助AI，AI帮助他们根据周围环境选择缺失氨基酸的最佳替代品，确保蛋白质不会错误折叠或坍塌。他们重新设计了核糖体，使其能够生产52种不含Ile的蛋白质。最终，他们将其中21个重新设计的部分组合到一个大肠杆菌菌株中，并将其命名为Ec19。

结果表明，所谓的生命通用“20字母”（氨基酸）密码并非生存的绝对要求，确实有可能创造出一种仅靠19种氨基酸就能存活的生命体。

研究人员指出，随着基因组规模的建模和DNA合成技术的进步，科学家将能够通过替换氨基酸来测试许多工程化的基因组，创造出具有新性状的细胞，并推动合成生物学的边界。（生物谷Bioon.com）

参考文献：

Liyuan Liu et al, Toward life with a 19–amino acid alphabet through generative artificial intelligence design, Science (2026). DOI: 10.1126/science.aeb5171.