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复磅!科学家们用多出4个字母的编码合成了DNA_厦门迈科网络安全技术股份有限公司

时间:2019-03-30 03:12来源:未晓作者:admin

  

PConline 资讯】几十亿年前,四种分子跳跃成优雅的DNA双螺旋结构,为我们星球上的生命提供密码。但这四种分子真的是生命出现的基础吗?或者其他因素也可能导致我们的遗传密码的产生?

今天(2月20日)发表在《科学》(Science)杂志上的一项新研究支持了后一种说法:科学家最近将一种新型DNA塑造成优雅的双螺旋结构,发觉它具有支持生命的特性。

如果说自然DNA是一个短篇故事,那么这个合成DNA就是托尔斯泰的小说。

研究人员使用4个额外的分子来制作合成DNA,这样产生的产物就有一个由8个字母组成的编码,而不是4个字母。随着字母的增加,这个DNA有了更大的储备信息的能力。科学家们称这种新的DNA为 "hachimoji"——在日语中是“八字母”的意思——从先前不同的研究小组用六个字母创造了相似的DNA的研究上扩展。[遗传学上的数字:10个诱人的故事] 编写代码

天然DNA由四种分子组成,称为氮基,它们彼此配对形成地球上生命的密码:A与T结合;G与C结合。Hachimoji DNA包括这四个天然碱基,外加另外四个合成的核苷酸碱基:P、B、Z和S。

该研究小组包括美国各地的几个不同团队,用自然和合成的核苷酸碱基对的不同组合创造了数百个这样的Hachimoji双螺旋结构。然后,他们进行了一系列的实验,看看不同的双螺旋结构是否具有保持生命所需的特性。

天然DNA具有其他遗传分子所没有的显著特点:它是稳固的、可猜测的。这意味着研究人员可以精确运算出它在特定温度和环境下的行为,包括它什么时候会降解。

但是研究人员也可以用Hachimoji DNA来做这个实验,他们可以想出一套规则来猜测DNA在不同温度下的稳固性。

生命的要求

研究发觉,添加四个合成碱基仍旧可以得来“可猜测和可编程的代码……这是前所未有的”加州斯克里普斯研究所(Scripps Research)的化学教授Floyd Romesberg说,他并不是研究小组的一员,但之前在早先的六字母代码方面发表过研究。Romesberg告诉Live Science,这篇“里程碑式的论文”确实表明G、C、A和T“并不是唯一的”。0

资深作者Steven Benner,一位佛罗里达应用分子进化基金会的杰出研究员,同意这个观点。Benner告诉Live Science,如果在宇宙的其他地方,生命也是由DNA编码的,它就不会“和我们在地球上所拥有的完全一样,在实验室进行这类实验,以了解(可能存在的)其他结构,是非常有用的。

Benner指出,仅创造储存信息的DNA是不够的。它还必须有能力将这些信息传递给它的姐妹分子RNA,这样RNA就可以指导蛋白质在生物体中完成所有的工作。

考虑来这一点,研究人员开发了一种合成酶蛋白质,它可以促进一种反应,成功地将 Hachimoji DNA复制来 Hachimoji RNA中。此外,他们发觉RNA分子能够折叠成L形,这对于进一步传递信息是必要的。

此外,DNA链必须能够扭曲成与著名的双螺旋结构相同的三维结构。

Hachimoji DNA的团队创建了三个晶体结构,每个都有不同的八个碱基对序列,而实际上发觉,每个形成了典型的双螺旋结构。

Benner说,尽管如此,为了让Hachimoji的DNA支持生命,还有第五个要求。也就是说,它需要自我保持或有独立生存能力。然而,研究人员没有对这一步骤进行研究,目的是防止这种分子成为一种生物危害,有朝一日可能会进入地球生物的基因组。

不断扩大字母表

除了瞥见宇宙生命的替代品,这条8个字母的DNA链在我们的星球上也有应用。Benner说,一个由八个字母组成的遗传字母表将储存更多的信息,并更具体地与特定的目标结合。例如,Hachimoji DNA可能用于与肝癌细胞或炭疽毒素结合,或用于加速化学反应。

“通过将字母的数量从6个增加来8个,DNA序列的多样性大大增加,”新加坡生物工程与纳米技术研究所(Institute of Bioengineering and  Nanotechnology)的合成分子生物学家Ichiro Hirao在一封电子邮件中说。其人是一位新加坡之星,也不是研究小组的一员。(Hirao的团队也涉及其中,然而,是与先前的研究创造了六个字母DNA链有牵涉)

当然,对于8字母DNA双螺旋结构而言“这只是第一个示范”,而为了实际应用,我们需要提高复制和转录成RNA的精度和效率,Hirao在一封电子邮件中说。他认为最终他们可能会挖掘出更多的字母。

via:Livescience】【PConline 编译: Tina】

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