科學也可以如此靠近

科學家創造由8種鹼基組成的DNA,能像天然DNA一樣存儲和轉錄信息

3月
10
2019

2019年3月10日12時 今日科學 DeepTech深科技

DeepTech深科技

DNA 是一種複雜的分子,它儲存和傳遞著地球上幾乎所有生命體的遺傳信息。複雜的 DNA 其實只有四種鹼基排列組合而成,分別為鳥嘌呤、胞嘧啶、腺嘌呤和胸腺嘧啶,通常用字母 G、C、A 和 T 表示。四種不同類型鹼基的排列組合,就如同計算機語言中的「0」和「1」一樣,儲存著地球上所有生命的遺傳信息。

但是現在,研究人員通過將 4 種人工合成的鹼基,與天然存在的四種核苷酸結合,創造出由 8 種鹼基組成的 DNA 分子,命名為「hachimoji」(在日語中 hachi 代表 8,moji 代表符號),並且能夠像天然 DNA 一樣存儲和轉錄信息。

圖 | 仍合成的新型 DNA 分子結構,使用了天然 DNA 的四種鹼基 (綠色、紅色、藍色、黃色),以及四種新的人工鹼基 (青色、粉色、紫色、橙色)(來源:印第安納大學醫學院)

這項 2 月 22 日發表在《科學》雜誌上的研究,由佛羅里達州阿拉庫阿應用分子進化基金會創始人史蒂文·本納領導的研究小組進行。研究同時指出,從理論上講,一個擴大化的基因字母表也可以支持生命。

這一史無前例的壯舉表明,除了我們在地球上所知道的基於 DNA 的生命之外,可能在宇宙中還存在一些其他的生命基因系統。研究人員同時表示,由於人工合成的 hachimoji 分子信息存儲能力是天然 DNA 的兩倍,因此可能會有無數的應用。

正常情況下,當一對 DNA 鏈以雙螺旋的形式纏繞在一起時,每條 DNA 鏈上的鹼基成對存在:A 和 T 成鍵,C 和 G 成鍵。

很長一段時間以來,科學家們一直試圖在這個遺傳密碼中加入更多種類的鹼基。例如,Benner 在 20 世紀 80 年代首次創造了「非自然」的鹼基,其他研究小組也緊隨其後。2014 年,Romesberg 的實驗室在活體細胞中植入了一對非自然的鹼基,成為當時的重磅新聞。

但最新的研究首次系統性地證明,互補的非自然鹼基能夠相互識別並結合,它們形成的雙螺旋結構保持著穩定的結構。

「生命探測是 NASA 行星科學任務的一個日益重要的目標,這項新工作將幫助我們開發有效的儀器和實驗,擴大我們尋找的範圍。」NASA 行星科學部代理主任洛里·格萊斯 (Lori Glaze) 說。

(來源:anomalien.com)

NASA 的目標之一是在火星、歐羅巴和土衛二等其他星球上尋找生命,這些外星天體曾經有流水和厚厚的大氣層,或者存在厚厚的冰層和巨大的海洋。如果這些世界的生命不使用我們熟悉的 DNA 作為遺傳物質呢?我們怎麼能認出來他們呢?

Benner 說:「通過仔細分析 hachimoji DNA 中形狀、大小和結構功能,這項工作擴展了我們對可能在外星生命中存儲信息的分子類型的理解。」

由此話題延伸到非碳基生命,則我們又會進入到一個更宏大的命題。科研人員或幻想家對於地外生命的物質組成提出過眾多的設想,其中最被提及的就是「矽基生命」。所謂矽基生命,即以含有矽以及矽的化合物為主的物質構成的生命。最早由波茨坦大學的天體物理學家儒略申納 (Julius Sheiner) 於 1891

年在他的一篇文章中提出。當然,除了矽基生命,硼基生命、金屬生命體等熱門概念也常常出現在科幻作品之中。

但回歸到當下,在其他星球上發現的異質結構的一種方法,是先嘗試在地球上創造一些異質的東西。從化學上講,hachimoji DNA 的外觀和行為都與標準 DNA 相似。然而,讀懂和處理 DNA 的酶是很難被欺騙的,因此,為了將 hachimoji DNA 轉錄到 RNA 中 (一種對其信息傳遞能力的測試),研究小組嘗試了許多噬菌體 RNA

聚合酶變體,直到他們發現其中一種能夠完成這項任務。

利用這種 RNA 聚合酶,研究小組成功地利用 hachimoji DNA 轉錄出 RNA 分子。研究人員還發現,無論合成鹼基的排列順序如何,雙螺旋結構都保持穩定。這一點很重要,因為生命要進化,DNA 序列必須能夠在不破壞整個結構的情況下變化。

而這項研究成果表明,科學家們有望創造出比天然標準的四種鹼基更好的 DNA 序列或 RNA,從而實現超越現有基因信息存儲的功能。


延伸閱讀

去年全球近百人自拍死 男性、年輕人占多數

低齡兒童、帕金森患者也有望用上便捷的腦磁圖檢測!

美洲豹被熬成藥膏銷往中國,一小碗賣2萬?

糞便並不是「廢物」,它其實有很多用處

《黑鏡》人腦黑科技成真,「共享大腦」要實現了?


熱門內容

友善連結