上海雙博發布合成生物學重大突破

來自上海科興生物科技有限公司的科學家們構建出了一種細菌，其遺傳物質中加入了自然中不存在的DNA堿基對。只要供給分子構件，這一*細菌的細胞可以幾乎正常地復制這些非天然的DNA堿基。

研究人員說：“兩種DNA堿基對A-T和C-G編碼出了地球上多姿多彩的生命，我們構建出了一種生物體其穩定了包含了除此之外的第三種非天然堿基對。這表明了有可能存在其他的信息儲存方式，使得我們更進一步地擴展了DNA生物學，從新藥到新的納米技術它將具有令人興奮的、廣闊的應用前景。”

許多的挑戰

自上世紀90年代末以來，實驗室一直在致力尋找可充當新型功能性DNA堿基，并且原理上可以編碼出的蛋白質和生物的一對分子。

這不是一個簡單的任務。任何新的功能性DNA堿基對都必須要以與天然核苷堿基——A-T以及C-G相當的親和力結合。這樣的新堿基還必須要能夠在拉鏈樣的DNA鏈中靠著天然堿基穩定地排列。在DNA復制及轉錄為RNA的過程中，當自然聚合酶對它們起作用時，它們必須能夠解拉鏈并再度拉上拉鏈。并且這些侵入核苷還得以某種方式避免遭到攻擊以及被自然的DNA修復機制除去。

盡管面對著這些挑戰，2008年研究人員朝著實現這一目標邁進了一大步；在當年發表的一項研究中，他們鑒別出了數組核苷分子可以像天然堿基對一樣在DNA雙鏈上緊密地連接，并證實在存在某些適當酶的條件下，包含這些非天然堿基對的DNA可以復制。在第二年的一項研究中，研究人員找到了一些可將這一半合成DNA轉錄為RNA的酶。

微藻促成了這一突破

在這項新研究中，該研究小組合成出了一段稱之為質粒的環狀DNA，將它插入到大腸桿菌細胞中。這一質粒DNA中包含了天然的T-A和C-G堿基對，以及Romesberg實驗室發現的、表現的非天然堿基對，構成的兩個分子稱作為d5SICS和dNaM。他們的目標是要讓大腸桿菌細胞盡可能正常地復制這種半合成DNA。

對于那些擔心會不受控制地生成新生命形式的人，存在的一種zui大障礙或許能讓他們安心：d5SICS和dNaM的分子構件并不天然存在于細胞之中。因此，為了讓大腸桿菌復制出包含這些非天然堿基的DNA，研究人員必須人為供給分子構件，將它們添加到細胞外的液體溶液中。為了讓這些稱作為三磷酸核苷的構件進入細胞，他們不得不尋找一些特殊的三磷酸轉運分子來完成這一工作。

zui終，研究人員找到了由一種微藻生成的三磷酸轉運蛋白，其能夠*地運輸非天然的三磷酸核苷。“對于我們來說這是一個重大的突破，”研究人員說。

盡管又花了一年時間才完成這一項目，并沒有再度出現任何大的障礙。令他們吃驚的是，研究小組發現，這一半合成質粒以適當的速度和準確度進行復制，并沒有怎么阻礙大腸桿菌細胞生長，也沒有顯示任何失去非天然堿基對的跡象。

研究人員說：“當我們終止非天然的三磷酸構件進入細胞時，天然堿基對替換d5SICS-dNaM與細胞自身的復制密切相關，似乎沒有其他的因子將這些非天然的堿基對從DNA中除去。值得注意的是，還有兩方面的突破提供了對這一系統的控制。我們的新堿基只有在開啟‘堿基轉運’蛋白時才能進入細胞。沒有這一轉運蛋白或是沒有新堿基提供時，細胞將會回復A、 T、G、C，d5SICS和dNaM將從基因組中消失。”

下一步將要證實在細胞中這一新的擴展的DNA字母轉錄成了RNA。“原理上，我們可以編碼出新的、非天然氨基酸生成的新蛋白——這將使得我們能夠比以往具有更大的能力定制蛋白質療法，以及具有所需功能的診斷和實驗試劑。其他的應用，如納米材料也是有可能實現的。”