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DNA迎来4名新成员 科学家人工合成了4个新的碱基

文章来源: 新浪科技       发布时间:2019-03-12

生命的物质基础——基因,而基因是由4个天然碱基组成的,它们的英文代码分别是“C”“G”“T”“A”,配对规则是C配G,T配A,C和G之间通过3个氢键相连,T和A之间是2个氢键。近日,一篇最新发表在《科学》期刊上的研究表明,生命“字母表”DNA碱基家族迎来4名新成员,已经从4个变成了8个!科学家们人工合成了4个新的碱基,美国科学家StevenA. Benner将这4个新成员分别命名为“Z”“P”“S”“B”,它们的配对原则是Z配P,S配B,都是通过3个氢键相连。


DNA迎来4名新成员 科学家人工合成了4个新的碱基


A、T、C、G?这都是些啥?


在介绍这4名人工合成的新成员之前,先来认识一下4个元老级的天然碱基吧。


在生物学领域,最激动人心的事件莫过于生命的诞生,也就是生命的起源。追溯这个问题,首先需要回答生命的物质基础——基因,而基因是由4个天然碱基组成的,它们的英文代码分别是“C”“G”“T”“A”,对应的中文名字是胞嘧啶、鸟嘌呤、胸腺嘧啶、腺嘌呤,配对规则是C配G,T配A,C和G之间通过3个氢键相连,T和A之间是2个氢键。


DNA迎来4名新成员 科学家人工合成了4个新的碱基


从简单的单细胞生物到灵长类,生命体的遗传密码就是由ATCG来记录和传递的,如同一本神秘的生命密码本,指导着蛋白质的合成和功能调控,包括我们人类的生老病死、高矮胖瘦,甚至我们的性格和健康状况,基因都在默默的指导着,并且和环境因素、行为因素共同决定着我们的健康水平。怀孕的准妈妈们开展的羊水穿刺细胞学检查和无创遗传缺陷筛查,就是为了排除致病基因导致的出生缺陷。


基因管着这么多的事情,一定是由很多密码编码的吧?恰恰相反,只有4个。那么它们是怎么实现这些功能的呢?靠的就是这4个碱基的不同排列组合,并且通过DNA的甲基化、乙酰化修饰,DNA序列的剪接翻译以及翻译后修饰,DNA中不编码蛋白质的碱基序列,也参与基因的表达调控,对应产生了许许多多的变化。


生命“字母表”翻倍了!


然而现在,生命“字母表”迎来4名新成员。科学家们人工合成了4个新的碱基,这样一来,碱基数量就有了8个之多。它们是什么呢?美国科学家StevenA. Benner将这4个新成员分别命名为“Z”“P”“S”“B”,它们的配对原则是Z配P,S配B,都是通过3个氢键相连。


DNA迎来4名新成员 科学家人工合成了4个新的碱基


何谓成功呢?包含这4个新碱基的DNA结构必须是稳定的,热动力学稳定性是可预测的,并且可以形成DNA双螺旋结构,可以转录成RNA。


晶体学检测数据显示掺入的新碱基并未干扰DNA双螺旋结构的形成。

DNA迎来4名新成员 科学家人工合成了4个新的碱基

DNA晶体X射线衍射结果显示结构规则有序


DNA也成功的转录为RNA序列。


DNA迎来4名新成员 科学家人工合成了4个新的碱基

通过470nm蓝光激发的荧光检测结果显示掺入了新碱基的DNA转录为RNA序列,A为RNA碱基序列,B和E为阴性对照组,C为掺入新碱基的DNA转录形成的RNA经激发后形成的荧光结果,D为阳性对照,是由天然碱基转录形成的RNA。


热动力学检测结果与预期计算的结果基本一致。


DNA迎来4名新成员 科学家人工合成了4个新的碱基

纵坐标为实验检测结果,横坐标为预测温度


人工合成了4个新的碱基为什么会被誉为里程碑式的成果?


一、合成碱基打破了天然碱基原有的神秘面纱


人们认识到编码遗传信息的4个天然碱基不是那么神奇了,人类通过自己的力量,也可以合成携带遗传信息的碱基,打破了天然碱基原有的神秘面纱,人类在认识大自然和自身的道路上又进了一步。


2.丰富了遗传信息携带的物质基础。


经由8个碱基来排列组合,与以前只有4个碱基产生的排列组合产生的信息相比,那是大大的扩容了,由此可能产生具有新的功能的蛋白质分子。


3.疾病的早期检测。


例如包含P和Z的DNA序列能更好的与肿瘤细胞结合,可开发出肿瘤早期诊断的试剂。


4.外星生命探测。


原有的外星生命探测中,对于遗传物质的理解仅限于ATCG这四种碱基,新碱基的发现,在理解生命起源和外星生命探测方面提供了新的思路。


这项研究所取得的突破是概念性的,它第一次展示了含有8种不同碱基字母的DNA,但要实现一个真正的“八字母“合成基因系统,还需要进行更深入的研究。


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