合成生物學(xué)的魅力：設(shè)計(jì)新事物

合成不是一個(gè)領(lǐng)域，而是一種研究策略，這種策略能夠應(yīng)用于任何技術(shù)允許的領(lǐng)域，使科學(xué)家設(shè)計(jì)新事物。這種技術(shù)已經(jīng)被長(zhǎng)期應(yīng)用于化學(xué)領(lǐng)域，相對(duì)于那些合成較少的領(lǐng)域比如行星科學(xué)和生物學(xué)，技術(shù)應(yīng)用促進(jìn)了相關(guān)領(lǐng)域的快速發(fā)展。

20世紀(jì)70年代生物學(xué)研究發(fā)生了變化，生物技術(shù)開(kāi)始用于遞送人工合成的工具。開(kāi)始的時(shí)候，生物科學(xué)家剪切并拼接單一的基因，然后在20世紀(jì)80年代早期，合成生物學(xué)家開(kāi)始合成整個(gè)基因，這是人工合成的遺傳系統(tǒng)并帶有額外的核苷酸和蛋白質(zhì)，這些蛋白質(zhì)由超過(guò)20種以上的氨基酸組成

眾所周知，DNA由四種核苷酸構(gòu)成，這四種核苷酸以字母G、C、A和T指代。近日，美國(guó)印第安納大學(xué)和應(yīng)用分子進(jìn)化基金會(huì)等機(jī)構(gòu)科學(xué)家證明，他們?cè)斐龅膬煞N人造DNA“字母”Z和P，這兩種新合成的核苷酸能無(wú)縫的整合到DNA的螺旋結(jié)構(gòu)中，能像天然DNA那樣組合連接在一起，將來(lái)有望把這兩個(gè)新成員納入到活細(xì)胞中。

合成生物學(xué)家一直在競(jìng)相研究遺傳基本單位的人造版

Steven Benner

美國(guó)應(yīng)用分子進(jìn)化基金會(huì)、有機(jī)化學(xué)家Steven Benner（斯蒂芬·本納）的團(tuán)隊(duì)花了幾十年時(shí)間研究合成人工DNA和人工增強(qiáng)的DNA。

Steven Benner說(shuō)：“從根本上說(shuō)，我們一直在自下而上地重新發(fā)明‘遺傳字母表’?！?從新藥開(kāi)發(fā)到人造生命，這些人造DNA在應(yīng)用方面很有前景。

早在2006年，本納和同事就造出了兩個(gè)堿基，稱為Z和P，具有標(biāo)準(zhǔn)的“匹配端”（沃森—克里克結(jié)構(gòu)），能通過(guò)氫鍵重組連接在一起形成堿基對(duì)ZP，就像天然堿基對(duì)AT和GC那樣。此后不久，美國(guó)斯克里普斯研究所弗洛伊德·羅姆斯伯格領(lǐng)導(dǎo)的研究小組又造出了另外兩個(gè)堿基，并證明了它們能像天然DNA那樣自我復(fù)制，但他們的堿基對(duì)連接方式與天然DNA不同。

論文第一作者、印第安納大學(xué)的米莉·喬治亞蒂斯說(shuō)：“我們知道，正常的天然DNA可以形成相同的堿基組合，如AAAA或TTTT?！币?yàn)檫B接方式問(wèn)題，羅姆斯伯格小組造出的兩個(gè)堿基不能形成這種長(zhǎng)組合。

在新研究中，喬治亞蒂斯和Benner證明了他們的Z和P能形成這種組合，就像天然DNA那樣。經(jīng)過(guò)X射線晶體檢測(cè)，他們發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)堿基能自我結(jié)合，形成包含天然和非天然核苷酸的DNA鏈，其中ZP連接能達(dá)到6個(gè)堿基長(zhǎng)度。他們還證明，含有ZP堿基對(duì)的DNA鏈具有細(xì)胞內(nèi)正常DNA鏈的兩種形式：熟悉的螺旋結(jié)構(gòu)（A型）和更廣泛的蛋白質(zhì)結(jié)合DNA（B型）。

“DNA與不同的蛋白質(zhì)結(jié)合時(shí)，通常采取不同的形式。Z和P能形成這些形式，表明含有這些堿基的DNA鏈在細(xì)胞中的表現(xiàn)就像天然DNA一樣。”喬治亞蒂斯說(shuō)，研究的最終目標(biāo)是“創(chuàng)造出新東西”。

對(duì)此羅姆斯伯格也表示，這項(xiàng)研究令人印象深刻。Z-P對(duì)“能像一對(duì)G-C或一對(duì)A-T那樣發(fā)揮作用”。