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Sciences十大科学突破:DNA碱基对“X-Y”
【字体: 大 中 小 】 时间:2014年12月22日 来源:生物通
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其中生物类最受关注的就是生命遗传字母扩充的成果:今年5月,来自斯克里普斯研究所(TSRI)的科学家们构建出了一种细菌,其遗传物质中加入了自然中不存在的DNA碱基对。也就是说,只要供给分子构件,这一独特细菌的细胞可以几乎正常地复制这些非天然的DNA碱基。
其中生物类最受关注的就是生命遗传字母扩充的成果:今年5月,来自斯克里普斯研究所(TSRI)的科学家们构建出了一种细菌,其遗传物质中加入了自然中不存在的DNA碱基对。也就是说,只要供给分子构件,这一独特细菌的细胞可以几乎正常地复制这些非天然的DNA碱基。
这一成果令人激动,原本我们所知的是遗传物质DNA由两条很长的糖链结构形成骨架,通过碱基对的结合形成稳定的螺旋结构。自然界的生命多姿多彩,最基本的碱基对却只有两种:腺嘌呤-胸腺嘧啶(A-T)和胞嘧啶-鸟嘌呤(C-G)。
但在这项研究中研究人员构建出了一种大肠杆菌,它除了有正常的G、T、C和A等核酸外,还含有另外两种核酸——X 和 Y。这种合成细菌无法在实验室外繁殖,但它们可被用来制造具有“非自然”氨基酸的设计蛋白。
在此之前,全球的科学家们曾经在试管中设计构建过几对“非自然”的碱基对,这些碱基对也能被用于DNA双螺旋中,而且研究人员还曾通过DNA聚合酶复制过这些碱基对,然而他们都没有能在活体中实现“非自然”碱基对的复制。
今年合成生物学终于做到了这一点,研究人员在大肠杆菌中完成了这项工作:首先合成出了一段称之为质粒的环状DNA,将它插入到大肠杆菌细胞中。这一质粒DNA中包含了天然的T-A和C-G碱基对,以及Romesberg实验室发现的、表现最好的非天然碱基对,构成的两个分子称作为d5SICS和dNaM。
然后为了让大肠杆菌复制出包含这些非天然碱基的DNA,研究人员必须人为供给分子构件,将它们添加到细胞外的液体溶液中。为了让这些称作为三磷酸核苷的构件进入细胞,他们不得不寻找一些特殊的三磷酸转运分子来完成这一工作。最终,研究人员找到了由一种微藻生成的三磷酸转运蛋白,其能够极好地运输非天然的三磷酸核苷。
除此之外,今年在合成生物学领域也获得其它重要的成果,如英国医学研究委员会MRC的科学家们生成了世界上第一个由人工遗传物质制成的酶。他们的合成酶,是由自然界中不会产生的分子制成,能够在实验室引发化学反应。
该研究小组用实验室自制的XNAs作为构建模块,制备了“XNAzymes”,它能引发简单的反应,例如切割或缝合小片段RNA,就像天然酶一样。这些结果基于MRC分子生物学实验室以前的工作,他们生成了称为“XNAs”的合成分子,这些分子能够以类似DNA的方式储存和传递遗传物质。(Nature:科学家生成世界首个人工酶)
还有遗传学家Ronald Davis合成了第一个酵母功能性染色体,这是合成生物学领域的一项里程碑式成果。
这项成果是在细菌中实现的,组装真核生物基因组在此之前仍然是一个未完成的工作。最新研究建立了一个全功能的染色体,研究人员将其命名为synIII ,并成功地将这一染色体整合进啤酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)。
利用这种技术,研究人员能更快的研发酵母合成菌株,用于制造罕见药物,如治疗疟疾的青蒿素,或生产某些疫苗,如乙肝肝炎。此外合成酵母还能用于生产更有效的生物燃料,如乙醇,丁醇和生物柴油。(Science里程碑式研究成果:首个真核生物染色体合成)
(生物通:万纹)
原文摘要:
Giving life a bigger genetic alphabet
Everywhere on Earth, the genetic code at the heart of living things consists of the same four genetic letters. Everywhere, that is, except in a flask of Escherichia coli bacteria on a lab bench in southern California. There, researchers this year engineered the bacteria to incorporate two additional letters into their genetic alphabet. In addition to the natural nucleotides……