We have changed the amino acid set of the genetic code of Escherichia coli by evolving cultures capable of growing on the synthetic non-canonical amino acid L-β-(thieno[3,2-b]pyrrolyl)-alanine ([3,2]Tpa) as a sole surrogate for the canonical amino acid L-tryptophan (Trp). A long-term cultivation experiment in defined synthetic media resulted in the evolution of cells capable of surviving Trp → [3,2] Tpa substitutions in their proteomes in response to the 20,899 TGG codons of the E. coli W3110 genome. These evolved bacteria with new-to-nature amino acid composition are capable of robust growth in the complete absence of Trp. Our experimental results illustrate an approach for the evolution of synthetic cells with alternative biochemical building blocks.

Der natürliche Satz an Aminosäuren innerhalb des genetischen Codes wurde durch kontinuierliche Evolution von Escherichia coli so modifiziert, dass diese in Gegenwart der synthetischen Aminosäure L‐β‐(Thieno[3,2‐b]pyrrolyl)alanin ([3,2]Tpa) als alleiniges Surrogat zur kanonischen Aminosäure L‐Tryptophan (Trp) wachsen. Mittels Langzeit‐Kultivierung in synthetischem Nährmedium konnten Bakterien evolviert werden, die diese Substitution im Proteom an allen 20899 TGG‐Codons im Genom von E. coli W3110 aufweisen. Die erzeugten Bakterien mit naturfremder Aminosäurezusammensetzung zeigen robustes Wachstum selbst in Abwesenheit von Tryptophan. Unsere Experimente stellen einen richtungweisenden Ansatz zur Evolution synthetischer Zellen mithilfe alternativer biochemischer Basiskomponenten dar.

Einen ersten Schritt zur Schaffung von künstlichen Zellen beschreiben N. Budisa et al. in der Zuschrift auf Die chemische Zusammensetzung und der genetische Code eines auxotrophen E. coli wurden im Rahmen eines Langzeitevolutionsexperiments geändert. Während des Experiments wurden die Zellen gezwungen, in ihren Proteomen den natürlichen Baustein Tryptophan durch Thienopyrrolylalanin zu ersetzen. Dies ist der erste Schritt auf dem Weg zur Erzeugung künstlichen Lebens, das genetisch und metabolisch so weit vom natürlichen entfernt ist, dass es außerhalb des Labors nicht überleben kann.