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地球上的所有生命的DNA(遺傳密碼)都是由AGCT四種核苷酸構(gòu)成的。而現(xiàn)在，科學家通過合成和組合，已經(jīng)創(chuàng)造出具有生物學功能的，由八種核苷酸組成的雙鏈DNA。
根據(jù)The Scientist(科學家)報道，2019年2月22日，來自美國火鳥生物分子科學有限責任公司等單位的科學家在國際頂級期刊Science(科學)雜志上刊發(fā)了一篇題為“Hachimoji DNA and RNA: A genetic system with eight building blocks”（Hachimoji DNA和RNA：一個由八中核苷酸基本單元組成的遺傳系統(tǒng)）的重磅研究論文。研究人員通過將四個合成的核苷酸與在核酸中發(fā)現(xiàn)的四個自然核苷酸結(jié)合起來，已經(jīng)創(chuàng)造出了結(jié)構(gòu)和功能都像真的一樣的八種核苷酸的雙鏈DNA分子，甚至證實能夠被轉(zhuǎn)錄成mRNA。
科學家說，由于信息存儲能力是天然DNA核酸分子的兩倍，這些包含八種核苷酸的“hachimoji DNA”分子可能會有廣闊的生物技術(shù)應(yīng)用前景。此外，這一結(jié)果也擴大了可能支持生命的分子結(jié)構(gòu)范圍，包括整個宇宙的生命，表明了更廣泛的化學物質(zhì)可以支持生命。
西北大學邁克爾·朱伊特(MichaelJuett)沒有參與這項研究，他2月21日在給”科學家“的一封電子郵件中寫道，“這真是一篇令人興奮的論文。它巧妙地增加了DNA和RNA組成的核苷酸種類的數(shù)量，并極大地擴大了核酸的儲存信息的能力。“
里士滿大學(UniversityofRichmond)的生物學家尤金·吳(Eugene Wu)也沒有參與這個項目，他說：“看到有人設(shè)計這樣一個系統(tǒng)，真的很令人興奮。這就引出了一個問題，在生命的起源，為什么只有這四種核苷酸形成核酸？為什么不是八種或其他種類的核苷酸呢？“
不管是什么原因，在過去40億年左右的時間里，只有2種堿基對，包括DNA中的鳥嘌呤(G)與胞嘧啶(C)之間，以及腺嘌呤(A)與胸腺嘧啶(T)之間或RNA中尿嘧啶(U)之間形成的堿基對，這幾種類型的核苷酸或脫氧核苷酸一直是大自然創(chuàng)造地球上無窮無盡的生命所需的全部。
佛羅里達州應(yīng)用分子進化和火鳥生物分子科學基金會的項目負責人史蒂文·本納(StevenBenner)表示，理論上核苷酸的堿基對的類型可能還會有更多。
當嘌呤(G或A)通過氫鍵與嘧啶(C、T或U)連接時形成堿基對。然而，還有其他嘌呤和嘧啶核苷酸類型的結(jié)構(gòu)，可以假設(shè)連接，以產(chǎn)生相同的螺旋結(jié)構(gòu)，作為標準的DNA。
Benner計算了另外四個氫鍵堿基對，這四個堿基對是由八種新的核苷酸形成的。從本質(zhì)上說，DNA還沒有完全利用它的結(jié)構(gòu)限制。 “因此他繼續(xù)補充說道，DNA分子可以擴大。你可以添加更多的堿基“。
Benner的團隊以前已經(jīng)將兩個合成的核苷酸-一個堿基對，Z和P-整合到DNA中，并表明這些核苷酸可以在體外復制和轉(zhuǎn)錄。現(xiàn)在，他的團隊又增加了一對，S和B。
該小組將化學合成的新核苷酸與雙鏈寡核苷酸(也包含G、A、T、C、Z和P)結(jié)合，然后測試分子的熔化溫度-氫鍵被破壞形成單鏈分子的溫度。觀察到，對于標準的DNA寡核苷酸來說，熔化溫度平均在預(yù)測的2.1攝氏度以內(nèi)，這是一個類似的誤差范圍。
加州斯克里普斯研究所(Scripps Research Institute)的科學家弗洛伊德·羅梅斯伯格(Floyd Romesberg) 也沒有參與這項研究，他說道：“史蒂夫他們現(xiàn)在展示的是，人們可以將可以整合到DNA中的核苷酸單元增加一倍，并保持這種可預(yù)測的化學組成，我認為這項成果是一個非常有里程碑的研究成果。”
此外，三種不同的hajimoji DNA寡核苷酸的高分辨晶體結(jié)構(gòu)也證實了結(jié)構(gòu)與自然DNA核酸分子結(jié)構(gòu)的相似性。從化學上講，hachimoji DNA結(jié)構(gòu)和功能都和標準DNA一樣。然而，驗證轉(zhuǎn)錄和翻譯核酸的酶卻很難被找到，因此，為了將hachimoji DNA轉(zhuǎn)錄成RNA-這是對其信息傳遞能力的一種測試，研究小組嘗試了一系列的噬菌體RNA聚合酶變體。
直到他們發(fā)現(xiàn)了一種能夠傳遞信息的RNA聚合酶。研究人員利用這種RNA聚合酶，研究小組轉(zhuǎn)錄了一種名為菠菜的RNA適體的hachimoji版本，這種RNA適體結(jié)合并一個特定的發(fā)光熒光團。果然，轉(zhuǎn)錄的hachimoji RNA如預(yù)期般發(fā)出熒光。最后，研究小組證明了合成的DNA可以被忠實地轉(zhuǎn)錄成RNA。“存儲信息的能力對進化來說不是很有趣，” Benner說?！澳惚仨毮軌?qū)⑦@些信息轉(zhuǎn)化為一種能起作用的分子?！?/span>
將DNA轉(zhuǎn)化為RNA是將遺傳信息轉(zhuǎn)化為蛋白質(zhì)的關(guān)鍵步驟，蛋白質(zhì)是生命的基石。但是一些RNA序列，也就是所謂的適體，本身就可以與特定的分子結(jié)合。
卡迪夫大學的生物化學家奈杰爾·理查茲(Nigel Richards) 沒有參與這項研究，但他評論道，“制造具有功能性hachimoji RNAs的能力“在RNA生物技術(shù)領(lǐng)域打開了很多可能性”。他繼續(xù)解釋說，RNA可以是催化分子，因此有了一種新的核苷酸調(diào)色板，“有更多的官能團，可以與它們的目標分子進行不同類型的相互作用，增加催化范圍?！?/p>
新加坡生物技術(shù)與納米技術(shù)研究所的科學家Ichiro Hirao也沒有參與這項研究，但他評論道，“Hachimoji DNA甚至可以與其他基于不同堿基配對化學的人工核苷酸結(jié)合，從而潛在地進一步提高功能。“
參考資料：
https://www.the-scientist.com/news-opinion/dnas-coding-power-doubled-65499
Shuichi Hoshika et al. Hachimoji DNA and RNA: A genetic system with eight building blocks，Science,20190221
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