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扩展生命的密码,DNA新碱基的发现

众所周知,地球上几乎所有生命的DNA遗传编码都由四种具有不同碱基的核苷酸组成,它们连接在一起通过排列和扭曲形成双螺旋结构。

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最近,来自美国印第安纳州和佛罗里达州的一个科学家团队在《JACS》上首次报告了两种新的核苷酸也可以与其它核苷酸连接排列形成双螺旋结构,这个新发现为可用于医疗用途的全新蛋白质的合成提供了可能性。


合成生物学家多年以来一直试图扩大自然界的遗传“字母”序列。其组成的核苷酸碱基-胞嘧啶、鸟嘌呤、腺嘌呤和胸腺嘧啶-分别由字母“C”、“G”、“A”和“T”表示。


但到目前为止,这一努力收效甚微。例如,有的新碱基可以成对但不能形成螺旋结构,这就限制了其融入天然DNA结构的可能性。Millie M. Georgiadis所在的这支研究团队想尝试看看另一种潜在的字母“Z”(6-amino-5-nitro-2(1H)-pyridone)和“P”(2-amino-imidazo[1,2-a]-1,3,5-triazin-4(8H)one),是否会形成一个螺旋结构并进行演化。


研究人员发现,多个ZP对可以构成一个双螺旋结构,就像CG对和AT对一样,而且还具备天然DNA完成生物功能所需的相同的弹性和刚性组合。ZP对形成的大沟宽度比GC对增加了1埃,除此之外其它性质与GC对非常相似。该团队还表明,ZP对能够与传统的碱基对整合得很好,而形成的拥有六个“字母”GACTZP的DNA也可以进化。


这些结果对合成生物学有深远影响,为标准DNA增加了两个核苷酸。这样创建的扩展的DNA也可以用于聚合酶、连接酶、激酶和其它酶的反应。它们还可以通过体外进化的平台来创建新的功能分子,最终在活细胞内运作。


也许作为“通用的”结合部分,硝基可以被引入多个位点而不影响DNA的几何形状。这使得天然聚合酶可以有效地搜索DNA的“字母”序列空间。最后,这些结果表明,含ZP核苷酸的DNA具有天然DNA的构象可塑性,这种可塑性可能对其在活细胞中完成生物功能至关重要。


原文链接:Structural Basis for a Six Nucleotide Genetic Alphabet


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