更新时间：2024-03-25 07:53作者：小乐
地球上所有生命的遗传信息都储存在四种关键化学物质中，即鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)、腺嘌呤(A) 和胸腺嘧啶(T)。现在，一些科学家正试图扩展这个生命密码本。
双螺旋晶体结构，G（绿色）、A（红色）、C（深蓝色）、T（黄色）、B（青色）、S（粉色）、P（紫色）和Z（橙色）。来源：美国应用分子进化基金会
北京时间2月22日，国际顶级学术期刊《科学》（Science）》杂志在线发表了最新成果。一个研究小组将四种合成核苷酸与核酸中四种天然存在的核苷酸结合起来。突破性地创造出具有八个字母的DNA 分子，命名为“八字（日语中的‘八’和‘字母’）DNA”。
Steven Benner，来源：应用分子进化基金会。
论文通讯作者为佛罗里达应用分子进化基金会（FfAME）项目负责人Steven Benner。本纳领导的研究团队包括来自美国不同公司和机构的研究人员。该论文的第一作者来自应用分子进化基金会。星花修一和妮可·A·莱尔。
本纳认为，密码本的扩展版本也可以支持生命。他们的最新研究首次系统地证明互补的非天然碱基可以相互识别并结合，并且它们形成的双螺旋结构可以保持稳定。
这一成果备受关注和好评。 “这是一个真正的里程碑。”未参与这项研究的美国斯克里普斯研究所化学生物学家弗洛伊德·罗梅斯伯格表示，这项研究表明，地球上进化的四种化学物质并没有什么特别的神奇之处。或者一些特别的东西。 “这是一个概念上的突破，”他补充道。
通常，当一对DNA链以双螺旋的形式缠绕在一起时，每条DNA链上都有一对碱基：A和T，C和G，碱基依靠氢键相互牢固结合。一起。 RNA中存在的由鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）和腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）以及尿嘧啶（U）组成的两对碱基，被认为是大自然创造的地球上无尽生命的全部基础。
长期以来，科学家们一直试图在遗传密码中添加更多化学物质。 Benner 在20 世纪80 年代首次创造了“非自然”基地。其他研究小组也纷纷效仿。 2014年，罗梅斯伯格的实验室因在活细胞中植入一对非自然碱基而引起轰动。
本纳认为理论上可能还有更多。本纳计算出总共四个其他氢键碱基对是可能的，由八个新结构组成。 “从本质上讲，DNA 还没有充分利用其结构限制，”他说。 “正因为如此，DNA分子可以扩展……你可以添加更多的字母。”
Benner 的团队此前已将两种合成核苷酸（碱基对Z 和P）整合到DNA 中，并证明它们可以在体外复制和转录。现在，他的团队又增加了一对：S 和B。
研究小组认为，这是进化的四个要求：信息存储、信息传输、可选择的表型和规则结构。作为一种信息存储系统，DNA 必须遵循可预测的规则。该团队首先证明了合成碱基能够可靠地形成对，类似于标准碱基。他们创造了数百个合成DNA 分子，并发现这些字母按预期与它们的“另一半”结合在一起。
然后他们发现，无论合成碱基的排列顺序如何，双螺旋都保持稳定。这很重要，因为对于生命的进化，DNA 序列必须能够在不破坏整个结构的情况下发生变化。
此外，三种不同“hajimoji DNA”寡核苷酸的高分辨率晶体结构证实，不同的合成DNA序列在结晶时保持相同的结构。
最后，该团队还证明了合成的DNA 可以忠实地转录成RNA，这是对其信息传输能力的测试。 “存储信息的能力对于进化来说并不是很有趣，”本纳说。 “你必须能够将这些信息转化为分子才能做某事。”
从化学角度来说，“hajimoji DNA”的外观和行为与标准DNA 相似。然而，负责“读取”和“处理”核酸的酶很难被欺骗，因此为了将“hajimoji DNA”转录成RNA，研究小组尝试了多种噬菌体RNA聚合酶变体，直到找到一种。能够完成这个任务。
使用这种RNA 聚合酶，研究小组转录了已知RNA 适体的“hajimoji DNA”版本。这种适体被称为“菠菜”，能够结合并照亮特定的荧光团。令团队松了口气的是，转录的“hajimoji DNA”如预期般发光。
研究小组认为，随着遗传构建模块的多样性，科学家有可能创造出比标准四个字母更好的RNA或DNA序列，包括遗传存储之外的功能。
例如，Benner 的研究小组之前发现，含有Z 和P 的DNA 链比仅含有标准四个碱基的DNA 链更能与癌细胞结合。本纳还成立了一家公司，将用于医疗诊断的人工DNA 商业化。
研究人员可以利用他们合成的DNA 来制造新的RNA 和蛋白质。事实上，本纳的团队还开发了更多的碱基对，这开启了创建包含十个甚至十二个字母的DNA 结构的可能性。但罗梅斯伯格说，研究人员将基因字母表扩展到八个这一事实本身就很了不起。 “它已经是标准版本的两倍长了。”
“这是一篇非常令人兴奋的论文……真正的工程壮举。它巧妙地增加了DNA 和RNA 构建体的数量，并极大地扩展了核酸的信息密度。”美国西北大学生物工程师迈克尔·朱厄特说。值得称赞的是，他没有参与这项研究。
“看到有人设计出这样的系统真的很令人兴奋，”美国里士满大学的生物学家尤金·吴说。吴也没有参与该项目。 “这提出了关于生命起源的问题，为什么这四种核苷酸会形成核酸？为什么不能是八或其他数字呢？”