教科書又要改？Science：科學家創(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，佛羅里達應用分子進化基金會的科學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。

這不是科學家們第一次嘗試擴大遺傳密碼。

早在2014年，科學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鍵特征，這對于支持生命至關重要。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)證明它可以復制到RNA中。

這一點至關重要，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、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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