유전 암호는 생명의 보편적인 언어로, DNA를 단백질로 번역합니다. 지구상의 모든 생물은 동일한 암호를 사용하며, 이는 우리의 마지막 공통 조상으로부터 물려받은 유물입니다. 그것을 바꾸는 것은 모두가 여전히 사용하는 동안 사전을 다시 쓰려는 것과 같습니다. 단, 그 사전은 수십억 개의 염기쌍으로 이루어져 있고, 여러분 몸의 모든 세포가 그것에 의존합니다.

그러나 몇몇 용감한 사람들이 바로 그 일을 시도해 왔습니다. 연구자들은 이전에 박테리아에 새로운 아미노산을 끼워 넣거나, 아미노산 하나를 줄인 단백질을 만드는 데 성공했습니다. 문제는: 치명적인 오류를 피하기 위해 게놈의 모든 유전자를 재설계해야 한다는 것이었습니다. 적어도 말하자면, 지루한 과정입니다.

이제 합성 생물학자이자 연쇄 창업가인 조지 처치가 이끄는 팀이 영리한 해결책을 찾았습니다: 이미 작동하는 암호를 깨지 않아도 되도록 두 개의 유전 암호를 동시에 실행하는 것입니다. 그들은 아직 살아있는 세포에서 테스트하지 않았으며, 거기서 문제를 일으킬 수도 있지만, 합성 생물학을 상당히 가속화할 수 있는 창의적인 해결책입니다.

고등학교 생물학을 건너뛴 사람들을 위해 간단히 복습하겠습니다. DNA에서 염기 세 개가 아미노산을 암호화하며, 세 개의 세 쌍은 정지 신호 역할을 합니다. DNA는 메신저 RNA(mRNA)로 전사되고, 이는 리보솜(단백질과 RNA의 복합체)에 의해 읽힙니다. 전이 RNA(tRNA)는 자신의 세 염기 안티코돈을 mRNA 코돈에 맞춰 해당 아미노산을 전달합니다. 아미노아실-tRNA 합성효소라는 효소는 올바른 아미노산을 부착하여 각 tRNA를 '충전'합니다.

유전 암호를 바꾸려면 일반적으로 tRNA 서열, 충전 효소 또는 둘 다를 수정하고, 변경 사항이 게놈의 모든 유전자를 방해하지 않도록 해야 합니다. 그것은 조정의 악몽이며, 진전이 더딘 이유입니다.

네이처에 게재된 새로운 연구는 미묘한 세부 사항에 달려 있습니다: 리보솜 RNA의 일부가 tRNA의 보존된 서열과 염기쌍을 이룹니다. 이 상호작용은 필수적이지만, 모든 tRNA가 그 서열을 공유하므로 일반적으로 변경을 고려하지 않을 것입니다. 연구자들은 궁금해했습니다: tRNA의 두 가지 버전(표준 서열과 변형된 서열)과 별도의 리보솜 집단에서 일치하는 변형을 만든다면 어떨까?

그들은 그렇게 했습니다. 먼저 변형된 tRNA가 여전히 합성효소에 의해 충전될 수 있는지 확인해야 했습니다. 이는 사소한 질문이 아닙니다. 아무도 이전에 물어보지 않았기 때문입니다. 그들은 무세포 번역, 로봇 공학, 차세대 염기서열 분석, 분석 화학을 사용하는 영리한 분석법을 개발했습니다. 결과: 대부분의 변형된 tRNA가 충전될 수 있었지만 효율은 낮았으며, 일부 서열 변경은 다른 것보다 더 잘 허용되었습니다.

다음으로, 그들은 정상적인 리보솜이 변형된 tRNA를 무시하는 반면, 일치하는 변경을 가진 리보솜은 기꺼이 사용한다는 것을 확인했습니다. 그런 다음 두 시스템 모두에서 번역될 수 있는 mRNA를 설계했으며, 어떤 암호가 읽히는지에 따라 다른 결과가 나오도록 했습니다. 두 tRNA 집단, 두 리보솜 집단, 필요한 모든 화학 물질을 혼합했을 때, 두 가지 다른 단백질(각 유전 암호에서 하나씩)을 얻었습니다.

꽤 깔끔한 기술입니다. 그러나 페트리 접시에서 외계 생명체를 꿈꾸기 전에, 이것이 무세포 시스템에서 수행되었다는 점에 유의하십시오. 실제 세포에서 대체 리보솜은 만나는 모든 mRNA를 번역하려고 시도하여, 세포를 죽일 수 있는 잘리거나 잘못 접힌 단백질의 혼란을 초래할 가능성이 높습니다. 연구자들은 이를 알고 있으며, 우리도 알고 있습니다. 그러나 우리는 그 문제를 해결할 만큼 영리하지 않습니다. 아마도 예리한 생물학자가 해결할 것입니다.

네이처, 2026, DOI: 10.1038/s41586-026-10949-y에 게재된 이 논문은 '만약에?'라고 묻는 힘과 가장 보편적인 생물학적 암호조차도 불변하지 않다는 사실을 보여줍니다.