Mã di truyền có thể được xem như “ngôn ngữ” mà mọi tế bào sống sử dụng để biến thông tin lưu trong DNA thành protein. DNA được tạo thành từ các nucleotide, còn protein lại được xây dựng từ các axit amin. Tế bào phải “dịch” thông tin DNA theo một quy tắc nhất định để biết axit amin nào cần được đưa vào vị trí nào trong protein.

Điều đáng chú ý là phần lớn sự sống trên Trái Đất sử dụng gần như cùng một mã di truyền.

Chính sự phổ biến đó cũng khiến mã di truyền rất khó thay đổi. Hàng nghìn gene trong một tế bào đều phụ thuộc vào cùng một hệ thống để tạo protein. Nếu thay đổi một “mã lệnh” nào đó có thể ảnh hưởng đến hàng loạt protein và khiến tế bào không thể hoạt động bình thường.

Các nhà khoa học đã tìm cách “viết lại” mã di truyền nhằm đưa thêm các axit amin nhân tạo vào protein, từ đó tạo ra những loại protein có tính chất mà tự nhiên không có.

Tuy nhiên, khi thay đổi mã di truyền, các gene hiện có cũng phải được điều chỉnh để tránh việc hệ thống mới đọc nhầm những thông tin vốn đang được sử dụng trong tế bào. Trong một số thí nghiệm trước đây, các nhà nghiên cứu phải chỉnh sửa gần như từng gene một trong toàn bộ bộ gene của vi khuẩn.

Công trình nghiên cứu mới công bố trên Nature do nhà sinh học tổng hợp George Church dẫn đầu cho thấy, thay vì cố gắng thay đổi mã di truyền vốn đang được toàn bộ tế bào sử dụng, các nhà khoa học xây dựng một hệ thống mã di truyền thứ hai có thể hoạt động song song với hệ thống tự nhiên.

Nhờ cách này, những thay đổi phục vụ sinh học tổng hợp có thể được thực hiện mà không cần sửa đổi toàn bộ hệ thống gene tự nhiên.

Về lý thuyết, chúng ta có thể tạo ra hai nhóm RNA vận chuyển. Một nhóm chỉ có thể tương tác với ribosome bình thường, trong khi nhóm kia chỉ có thể tương tác với một nhóm ribosome riêng biệt được thiết kế để sử dụng RNA đã được sửa đổi.

Các nhà nghiên cứu đã thiết kế một mã di truyền riêng biệt và sử dụng các RNA vận chuyển thay thế để thực hiện. Sau đó, họ thiết kế một RNA thông tin có thể được dịch mã bởi cả hai mã di truyền, nhưng sẽ tạo ra các protein khác nhau tùy thuộc vào mã nào đang được sử dụng. Tiếp theo, họ kết hợp cả hai nhóm RNA vận chuyển, cả hai nhóm ribosome và tất cả các hóa chất cần thiết để quá trình dịch mã diễn ra.

Hai loại protein khác nhau đã được tạo ra. Vì vậy, cả hai nhóm ribosome đều bám vào RNA thông tin nhưng sử dụng các nhóm RNA vận chuyển khác nhau để tạo ra protein từ RNA thông tin. Và vì hai nhóm này thực thi các mã di truyền khác nhau, nên hai nhóm ribosome đã tạo ra các protein khác nhau.

Tuy nhiên, việc đưa một hệ thống mã di truyền thứ hai vào tế bào có thể tạo ra những tương tác ngoài dự đoán với hệ thống tự nhiên.

Nếu tiếp tục được hoàn thiện, đây có thể trở thành một công cụ mạnh cho sinh học tổng hợp, cho phép con người thiết kế tế bào và protein theo những cách mà tự nhiên chưa từng sử dụng.