生命字母表新成员 恭喜生命字母表喜提4名新成员!上新了,DNA!

本文专家:陶宁，中国科学院生物物理研究所副教授

近日，一篇最新发表在《科学》期刊上的研究表明，生命“字母表”迎来4名新成员，已经从4个变成了8个!

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这项研究被誉为里程碑式的成果，它到底牛在何处呢?

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今天，我们就为大家来简单介绍一下。

A、T、C、G？这都是些啥？

在介绍这4名人工合成的新成员之前，先来认识一下4个元老级的天然碱基吧。

在生物学领域，最激动人心的事件莫过于生命的诞生，也就是生命的起源。追溯这个问题，首先需要回答生命的物质基础——基因，而基因是由4个天然碱基组成的，它们的英文代码分别是“C”“G”“T”“A”，对应的中文名字是胞嘧啶、鸟嘌呤、胸腺嘧啶、腺嘌呤，配对规则是C配G，T配A，C和G之间通过3个氢键相连，T和A之间是2个氢键。

从简单的单细胞生物到灵长类，生命体的遗传密码就是由ATCG来记录和传递的，如同一本神秘的生命密码本，指导着蛋白质的合成和功能调控，包括我们人类的生老病死、高矮胖瘦，甚至我们的性格和健康状况，基因都在默默的指导着，并且和环境因素、行为因素共同决定着我们的健康水平。怀孕的准妈妈们开展的羊水穿刺细胞学检查和无创遗传缺陷筛查，就是为了排除致病基因导致的出生缺陷。

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基因管着这么多的事情，一定是由很多密码编码的吧?恰恰相反，只有4个。那么它们是怎么实现这些功能的呢?靠的就是这4个碱基的不同排列组合，并且通过DNA的甲基化、乙酰化修饰，DNA序列的剪接翻译以及翻译后修饰，DNA中不编码蛋白质的碱基序列，也参与基因的表达调控，对应产生了许许多多的变化。

4个碱基产生了我们丰富多彩的大千世界，的确是非常神奇的事情。

人们不禁产生了一个疑问：DNA的碱基为什么只有4个呢?大家找来找去，确确实实只有4个，这就是非常奇特的事情了，只能由衷感叹，它们太神奇了，它们是独一无二的。

生命“字母表”翻倍了！

近期发生了一件大事情，那就是科学家们人工合成了4个新的碱基，这样一来，碱基数量就有了8个之多。它们是什么呢?

美国科学家StevenA. Benner将这4个新成员分别命名为“Z”“P”“S”“B”，它们的配对原则是Z配P，S配B，都是通过3个氢键相连。

何谓成功呢?包含这4个新碱基的DNA结构必须是稳定的，热动力学稳定性是可预测的，并且可以形成DNA双螺旋结构，可以转录成RNA。

晶体学检测数据显示掺入的新碱基并未干扰DNA双螺旋结构的形成。

(DNA晶体X射线衍射结果显示结构规则有序)

DNA也成功的转录为RNA序列。

(通过470nm蓝光激发的荧光检测结果显示掺入了新碱基的DNA转录为RNA序列，A为RNA碱基序列，B和E为阴性对照组，C为掺入新碱基的DNA转录形成的RNA经激发后形成的荧光结果，D为阳性对照，是由天然碱基转录形成的RNA。)

热动力学检测结果与预期计算的结果基本一致。

(纵坐标为实验检测结果，横坐标为预测温度)

多4个“字母”可选项有什么意义？

1.人们认识到编码遗传信息的4个天然碱基不是那么神奇了，人类通过自己的力量，也可以合成携带遗传信息的碱基，打破了天然碱基原有的神秘面纱，人类在认识大自然和自身的道路上又进了一步。“我们从哪里来”、“认识我们自己”不就是经典的哲学问题吗?

2.丰富了遗传信息携带的物质基础。经由8个碱基来排列组合，与以前只有4个碱基产生的排列组合产生的信息相比，那是大大的扩容了，由此可能产生具有新的功能的蛋白质分子。

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3.疾病的早期检测。例如包含P和Z的DNA序列能更好的与肿瘤细胞结合，可开发出肿瘤早期诊断的试剂。

4.外星生命探测。原有的外星生命探测中，对于遗传物质的理解仅限于ATCG这四种碱基，新碱基的发现，在理解生命起源和外星生命探测方面提供了新的思路。

现有研究的局限性在哪？

1.从DNA到RNA目前可以实现，而关键的一步是DNA的自我复制，这需要DNA聚合酶，而天然体系里面是没有对应的DNA聚合酶的，这是一个瓶颈。

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2.对于未知的DNA碱基可能编码的蛋白质而言，对于大自然是全新的，其功能如何，会不会产生具有活性的生物毒性分子，尚不可知，因此，研究对应新型碱基从DNA到蛋白质的过程是暂停的，需要进行安全性评估和审核，才能进一步研究，生物安全是必须审慎考虑的环节。

写在最后的话

这项研究所取得的突破是概念性的，它第一次展示了含有8种不同碱基字母的DNA，但要实现一个真正的“八字母“合成基因系统，还需要进行更深入的研究。

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