教科書(shū)又要改？Science：科學(xué)家創(chuàng)造出含八種核苷酸的雙鏈DNA

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來(lái)源：生物探索

2019-02-26

生物核心的遺傳密碼都非常簡(jiǎn)單。著名的雙螺旋結(jié)構(gòu)的每一半都是由四種叫做堿基的小分子構(gòu)成的：鳥(niǎo)嘌呤、胞嘧啶、腺嘌呤和胸腺嘧啶(ATCG)。它們出現(xiàn)的順序決定了DNA編碼的作用，就像計(jì)算機(jī)的0和1一樣。

現(xiàn)在，佛羅里達(dá)應(yīng)用分子進(jìn)化基金會(huì)的科學(xué)家們通過(guò)將四種合成核苷酸與天然存在于核酸中的四種核苷酸相結(jié)合，成功地創(chuàng)造了 “Hachi-moji DNA”(日語(yǔ)中是八和字母的意思)，使遺傳密碼的潛在信息密度增加了一倍。這種分子結(jié)構(gòu)和功能像天然DNA一樣，可以存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)錄信息。

這不是科學(xué)家們第一次嘗試擴(kuò)大遺傳密碼。

早在2014年，科學(xué)家們公布了帶有兩個(gè)合成堿基（Z-P堿基對(duì)）的DNA，并在2017年發(fā)現(xiàn)可以讓細(xì)菌利用這個(gè)密碼構(gòu)建自然界中不存在的蛋白質(zhì)。但最新的研究結(jié)果不僅增加了額外的兩個(gè)合成堿基（S-B堿基對(duì)），它也更接近于大自然所使用的藍(lán)圖。

我們知道，作為一個(gè)信息存儲(chǔ)系統(tǒng)，DNA必須遵循可預(yù)測(cè)的規(guī)則。DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)是由互補(bǔ)堿基之間的氫鍵連接在一起的，即A對(duì)T, C對(duì)G。這些堿基需要被夾在自然堿基之間，所以不可能有非自然堿基的延伸來(lái)限制它們的編碼功能。

然而，Hachi-moji DNA就像天然DNA一樣，利用氫鍵來(lái)連接兩個(gè)新的配對(duì)——S和B、 P和z，堿基也可以相鄰出現(xiàn)。因?yàn)镈NA是以一種名為密碼子的三聯(lián)堿基的形式讀取的，每一組密碼子都對(duì)一種特定的氨基酸進(jìn)行編碼，這就大大增加了潛在密碼子的數(shù)量：與傳統(tǒng)DNA的64相比，增加到4,096。

這些實(shí)驗(yàn)還表明，Hachi-moji DNA保留了支持達(dá)爾文進(jìn)化論所需的所有關(guān)鍵特征，這對(duì)于支持生命至關(guān)重要。堿基配對(duì)是可靠的，無(wú)論堿基的順序如何，結(jié)構(gòu)都保持穩(wěn)定，研究人員已經(jīng)證明它可以復(fù)制到RNA中。

這一點(diǎn)至關(guān)重要，因?yàn)楸M管DNA掌握著生物體的藍(lán)圖，但細(xì)胞要想利用這些信息做任何事情，就必須將其轉(zhuǎn)化為可移動(dòng)的單鏈分子RNA，這種RNA可以作為一種被稱(chēng)為核糖體的蛋白質(zhì)工廠的指令，或幫助調(diào)節(jié)基因。

總結(jié)來(lái)說(shuō)，這一發(fā)現(xiàn)是真正的里程碑，或?yàn)楹铣缮飳W(xué)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、甚至尋找地球以外生命的新可能性打開(kāi)了大門(mén)。

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