當iPod中的電池耗盡時，我正在割草。我的大腦沒有享受音樂的分散，而是轉向通常的書呆子模式來思考分子。在幾草叢中，我正在思考最大的“為什么不呢?” 我的科學事業(yè)：我們能否通過隨機化學集群挑戰(zhàn)生物來發(fā)現新藥和有用的農業(yè)化合物?我的背景是分子生物學 - 研究DNA，基因以及生物體的藍圖如何被解碼并組裝成生命。該學科需要了解分子代碼如何被破譯并轉化為功能生物學。這個領域的任何人都夢想著跳舞分子，互動和履行將DNA信息轉化為食物，環(huán)境中的植物和家庭的角色。

每天在實驗室中我們都會移動基因。這很簡單。不打算為消費者生成新產品，移動DNA被用作研究工具，讓我們了解特定基因的工作原理。一個典型的例子是來自模式植物擬南芥的NPR1基因 ; 它是一種防御基因，當你將它放入幾乎任何植物的基因組中時，它可以增強對疾病的耐受性。在植物，微生物和一些動物中操縱遺傳信息是司空見慣的事。

在那半切割的草坪上，我想到了 - 不是插入我們理解的DNA信息，如果我們將亂七八糟的隨機DNA代碼引入植物或細菌中，該怎么辦?我們能否識別出可能產生改變生物體生理或發(fā)育的小蛋白質(稱為肽)的遺傳信息的隨機位?

通常，DNA編碼指令，其協(xié)調蛋白質中氨基酸結構單元的順序。每種氨基酸都具有特定的化學特性。它們在肽鏈中結合在一起，基于其氨基酸組分的互補化學，它們折疊成提供細胞結構或功能的蛋白質。

我的假設是，短暫的，亂碼的DNA信息可能會產生一系列新的氨基酸。這將是一小部分離散化學，可能在此之前從未存在過。在絕大多數情況下，它將毫無意義，只會變成細胞垃圾。但也許在極少數情況下它可以做一些新的和可取的事情。

為了驗證這一假設，我們的研究團隊使用隨機模板，使用簡單的DNA擴增技術合成了數萬億個隨機DNA片段。每個都側翼有遺傳指令，以開始和停止在植物內產生肽。

然后我們使用標準的基因工程技術將一種新的DNA序列插入成千上萬個擬南芥植物中 - 然后坐下來觀察當植物將隨機遺傳信息轉化為小的隨機肽時會發(fā)生什么。我們希望特定蛋白質結構可能與生物化學有關，我們會在植物本身看到結果。

隨著植物的生長，我們被觀察到的東西震驚了。

有些植物開花得很早。其他人小而且發(fā)育不良。其他人長得更大。有些人裝有健康的紫色色素。還有一些人長大到一定程度......然后就死了。

然后，我們檢索了我們添加到每個序列的特定隨機DNA序列，這是分子生物學家的一個簡單的壯舉，并將相同的序列插入到新植物中。大多數時候，隨機信息以完全相同的方式影響新一代植物，證明確實發(fā)生了與添加的亂碼信息有關的事情。我們最近在植物生理學雜志上發(fā)表了我們的研究結果。

這個隨機信息在細胞內做什么?插入的DNA指令產生的小的隨機分子可能只是偶然地影響特定的過程。它們可以結合所需的營養(yǎng)素。它們可能會抑制一種關鍵酶。它們可以開啟開花或保護植物免于凍結。沒有人真正知道如何逐一詳細檢查植物。這些新蛋白質也可能是設計具有相似化學性質的新有用分子的良好模型，但在細胞中更耐用。我們的目標是生產一種可以應用于作物的化合物，以改變植物生長和行為的方式，或者可能阻止侵入性或雜草植物的生長。

這個過程就像把猴子扳手扔進一臺復雜的機器里。大多數時候他們四處奔波并且什么都不影響; 但是很長一段時間，扳手會抓住一些關鍵的齒輪并使機器停下來。其他時候，扳手可能會使浪費的過程短路，從而使機器更有效地運行。這些肽是分子猴子扳手。

這些肽中的一些必須干擾重要的生物過程，因為它們會殺死植物。這些研究結果揭示了植物中新的脆弱性，研究人員可以利用這些脆弱性來開發(fā)環(huán)保和無毒的除草劑。農業(yè)目前依賴于一些相對陳舊的化學物質，種植(使用化石燃料)或人工來控制與食用植物競爭資源的雜草。良好的雜草控制意味著有價值的肥料，水和陽光只能到達所需的植物，而不是雜草。因此，當農民為不斷增長的種群生產食物時，新的除草劑化學品將非常有價值。

但為什么要停在植物?我們正在使用相同的方法來發(fā)現下一代抗生素。目標是識別影響單一種類有問題細菌的隨機信息。例如，我們可能靶向金黃色葡萄球菌，這是一種導致MRSA的抗生素抗性細菌。我們正在尋找可以破壞與MRSA相關的細菌的新分子，同時使其余的微生物組不受影響。這些實驗正在我們的實驗室中進行。

隨機性可以確定植物，細菌和其他生物中未發(fā)現的脆弱性或機會。甚至可能有解決人類疾病的應用。當我們挖掘大量新分子并研究它們如何與生物學整合以產生重要的預期結果時，未來是令人興奮的。

我們已經發(fā)現的幾種分子減緩了植物的生長。該技術的未來產品甚至可能被用于使草坪生長更慢。雖然其他人可能會發(fā)現此預付款有用，但我必須跳過使用它。割草讓我的好主意流淌。