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

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來源：生物探索

2019-02-26

生物核心的遺傳密碼都非常簡單。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，就像計算機的0和1一樣。

現(xiàn)在，佛羅里達應(yīng)用分子進化基金會的科學(xué)家們通過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，可以存儲和轉(zhuǎn)錄信息。

這不是科學(xué)家們第一次嘗試擴大遺傳密碼。

早在2014年，科學(xué)家們公布了帶有兩個合成堿基（Z-P堿基對）的DNA，并在2017年發(fā)現(xiàn)可以讓細菌利用這個密碼構(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合成堿基（S-B堿基對），它也更接近于大自然所使用的藍圖。

我們知道，作為一個信息存儲系統(tǒng)，DNA必須遵循可預(yù)測的規(guī)則。DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)是由互補堿基之間的氫鍵連接在一起的，即A對T, C對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，利用氫鍵來連接兩個新的配對——S和B、 P和z，堿基也可以相鄰出現(xiàn)。因為DNA是以一種名為密碼子的三聯(lián)堿基的形式讀取的，每一組密碼子都對一種特定的氨基酸進行編碼，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。

這些實驗還表明，Hachi-moji DNA保留了支持達爾文進化論所需的所有關(guān)鍵特征，這對于支持生命至關(guān)重要。堿基配對是可靠的，無論堿基的順序如何，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。

這一點至關(guān)重要，因為盡管DNA掌握著生物體的藍圖，但細胞要想利用這些信息做任何事情，就必須將其轉(zhuǎn)化為可移動的單鏈分子RNA，這種RNA可以作為一種被稱為核糖體的蛋白質(zhì)工廠的指令，或幫助調(diào)節(jié)基因。

總結(jié)來說，這一發(fā)現(xiàn)是真正的里程碑，或為合成生物學(xué)、數(shù)據(jù)存儲、甚至尋找地球以外生命的新可能性打開了大門。

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