人工鹼基

         

人工鹼基

[1]來自 搜狗 的圖片

2014年5月科學家成功向細菌的DNA中引入了兩種非天然鹼基，並讓該細菌成功得複製和存活。由於這兩種非天然鹼基此前在自然界並不存在，因此，科學家相當於造出了半人工生命。

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人工鹼基：超越自然界

地球上幾乎所用的生命（少數病毒除外）的遺傳信息都儲存在DNA里。通過複製DNA，生物體能夠保證這些遺傳信息忠實地傳遞給後代。儘管保存着海量的遺傳信息，DNA這本「生命之書」的形式卻異常簡單，只包含四種「字母」。這種簡單性讓生物體在嚴苛的環境下更容易生存。同時也更有利於生物體的繁殖。

另一方面，這種簡單性也使得DNA的信息編碼能力相對受限。隨着人類對生命的理解越來越深入，改造生命的「野心」越來越大，研究人員這些年來一直在嘗試增強DNA的信息編碼能力。通過向DNA中添加兩個新的「字母」，科學家在這一領域取得了重大的突破——他們已經構建出了半人工生命。

尋找「新密碼」

很多人喜歡玩樂高積木，這種玩具之所以風靡世界，是因為使用有限種類的積木模塊，你可以拼接搭建出幾乎無數種建築和場景。和樂高積木類似，所有生物的DNA也是由有限種類的模塊「拼接」出來的，只不過這些模塊有四種。通過把這些模塊按不同的順序拼接到一起，一個生物體的所有遺傳信息得以寫入DNA。毫不誇張地說，DNA是一本記錄着生物體有關成長、發育、繁殖等所有信息和指令的「生命之書」（這些生命活動會受環境等因素的影響，但生物體對這些因素作出怎樣的反應，一定程度上仍可以看作是由DNA編碼的），而寫就它的就是上訴四種不同的「字母」。

構成DNA的這四種字母。是一類叫脫氧核糖核苷酸的有機小分子。每一種脫氧核糖核苷酸都由脫氧核糖（一種含五個碳原子的糖）、磷酸基團和鹼基三部分組成。磷酸基團就像樂高模塊上的凸起和小孔，可以讓各個脫氧核糖核苷酸分子以」手牽手「的方式連接成一條長鏈。編碼有效遺傳信息的是脫氧核糖核苷酸上的四種鹼基：A（腺嘌呤）、T(胸腺嘧啶)、C（胞嘧啶）、G（鳥嘌呤）。為了方便起見，科學家常常把DNA上含這4種鹼基的脫氧核糖核苷酸也簡寫成A、T、C、G。

通過對基因序列進行改造（比如各種形式的突變），科學家能讓細胞合成出具有新特性的蛋白質，並加以利用（比如做藥物）。有的科學家試圖通過加入非標準氨基酸來賦予蛋白質新的結構和功能。再把這種方法在細胞中付諸實施，至少要用一種密碼來編碼這些非標準氨基酸才行。遺憾的是，由A、T、C、G組合成的64種密碼都已經承擔了各自的編碼任務。

要解決缺乏密碼的困境，最直接的方法就是向細胞的DNA加入A、T、C、G之外的其他鹼基。哪怕是多出一對非天然鹼基（Unnatural Base Pairs,簡寫為USP），細胞的密碼就會增加到216種（63），可以為編碼非標準氨基酸提供大量的密碼。

」最佳搭檔「

通過生物學手段向DNA中摻入UBP的嘗試最早始於1989年。使用含有一個非天然鹼基iso-C的DNA單鏈為模板（模板是通過化學方法合成的），並以另一個非天然鹼基iso-G和其他四種天然鹼基為」原料「（iso-C和iso-G分別是天然鹼基C和G的類似物，可以像後兩者一樣配對），瑞士科學家史蒂文·A·班納（steven A.Benner）和同事成功合成出了與模板互補的另一條DNA單鏈。

2014年5月，這一領域終於取得了重大的進展。美國斯克里普斯研究所的弗洛伊德·E·羅姆斯伯格領導的研究組在《自然》雜誌上發表他們的研究成果，首次把含有UBP的DNA引入到了細菌（大腸桿菌）中。在提供DNA合成」原料「的條件下，這些DNA能被細胞準確複製，並分配到分裂產生的子代細胞中去，由於這些細菌的DNA含有自然界此前從不存在的物資，所以通過這項研究，科學家相當於構建出了半人工生命

人工鹼基帶來的多種可能性

向DNA加入人工鹼基之後，將會產生多種可能性，比如，人工鹼基與原有鹼基組成新密碼，這樣就可以製備非標準氨基酸，進而製備更多可能的蛋白質；而且，還可以用來改造RNA，產生更多功能的RNA分子。這些成果，在藥學、醫學以及生命科學領域都會有重要應用。科學家主要在細菌中插入人工鹼基，未來，這類研究也會延展到其他生物體中