UFO中文网

 找回密码
 注册会员

QQ登录

只需一步,快速开始

login

手机号码,快捷登录

快捷导航
搜索
查看: 173|回复: 2
收起左侧

8碱基DNA的诞生,会是外星人的遗传密码么?

[复制链接]
online_member 发表于 2019-3-11 20:32:35 | 显示全部楼层 |阅读模式
解螺旋公众号·陪伴你科研的第1782天

人造碱基已经来了,人造生命还有多远?

探索外星人一直都是人类探索宇宙的使命之一,因经过光谱分析后,地球上的元素与外太空的元素是一样的,因而科学家们相信外星人DNA与地球生命也是一样的,几十年来,一直以地球生命存在的方式来寻外星人,但始终未尝有所得。

8碱基DNA的诞生,会是外星人的遗传密码么?43 / 作者:tgboler / 帖子ID:44679,179884

正常DNA的化学结构组成

也许这是因为我们对外星人的理解可能太过“狭隘”。DNA的4碱基模式(ATCG)现已成为了颠扑不破的真理,但DNA只有4种碱基才能存在吗?

近期,一项由美国国家航空航天局(NASA)资助的项目,首次合成了具有稳定双螺旋结构、可储存和转录遗传信息的8碱基系统DNA序列(Hachimoji DNA),探索了可能承载“外星人”遗传信息的遗传字母系统。

8碱基DNA的诞生,会是外星人的遗传密码么?94 / 作者:tgboler / 帖子ID:44679,179884

当然,这种全新的DNA并非自然界产生的,而是由科学家Steven Benner带领研究组合成出来的。Hachimoji DNA系统中不仅含有天然的A-T、C-G配对,还包含人造的Z-P、S-B碱基对,且它们间均以氢键进行互补配对。

8碱基DNA的诞生,会是外星人的遗传密码么?88 / 作者:tgboler / 帖子ID:44679,179884

Hachimoji DNA和RNA的8种核苷酸两两通过氢键互补配对。氢键供体原子用蓝色标记,受体原子用红色标记,每组中左边两对为天然碱基核苷酸,右边两对为人工合成碱基核苷酸

//

突破自然法则极限,扩展遗传字母表

//

其实,早在上个世级70年代,就已经有一些学者对上帝的自然法则发出挑战,期望能对遗传字母表进行扩展,只不过一直没有成功。

直到1989年,Benner团队才首次合成出包含人工改造后的非天然碱基的DNA分子,同时这些新的DNA分子还能自我复制、转录和翻译。

8碱基DNA的诞生,会是外星人的遗传密码么?39 / 作者:tgboler / 帖子ID:44679,179884

但这些DNA分子仅在试管中才有活性,一到活细胞内就失活了,ATCG的束缚依然存在。

随后,扩展遗传字母表的方式大致可分为两种:1)碱基间通过疏水相互作用配对。美国Floyd E. Romesberg教授团队则创造出了两种疏水性人工碱基XY,并通过改造tRNA,成功创造了包含ATGCXY 6种碱基的全新生命体,将遗传字母表扩展到六个字母。尽管只多了两个碱基,但细胞可以合成的氨基酸数目已经可从20种变成172种。

8碱基DNA的诞生,会是外星人的遗传密码么?6 / 作者:tgboler / 帖子ID:44679,179884

2)非自然碱基对间仍通过氢键相互作用,Benner就是这一领域的先驱者。2006年,Benner组设计出以氢键相连的非自然碱基核苷酸对Z和P,并在2015年发表文章表明ZP碱基对可无缝整合到DNA的双螺旋结构中,维持DNA的天然构象。

此后,经过30年的努力,Benner团队的实验室终是获得了质的飞跃,成功将遗传信息字母表扩展到八个。

//

8种合成碱基的特性

//

而为了证明扩展版的密码本,同样可以支持生命本身。Benner团队在Hachimoji DNA双链合成后,首先对其的热力学稳定性进行了实验测定和评估。

结果发现Hachimoji DNA双链的自由能变化和溶解温度的偏差很小,与在天然DNA双链中观察的相似,这表明Hachimoji DNA可再现天然DNA双链的分子识别性质。

8碱基DNA的诞生,会是外星人的遗传密码么?16 / 作者:tgboler / 帖子ID:44679,179884

Hachimoji DNA双链的自由能变化(图A)和溶解温度(Tm,图B)的相关性分析

其晶体学检测数据显示,无论合成碱基的排列顺序如何,掺入的新碱基均不会未干扰DNA双螺旋结构的形成,双螺旋结构都可保持稳定,且不同合成序列的DNA在结晶时均保持了相同的结构,表明Hachimoji DNA是一个可变的信息存储系统。

8碱基DNA的诞生,会是外星人的遗传密码么?29 / 作者:tgboler / 帖子ID:44679,179884

DNA晶体X射线衍射结果显示结构规则有序

从外观上来看,Hachimoji DNA的外观与标准的DNA是相似的,但它又能否做到对遗传信息进行传递呢?

8碱基DNA的诞生,会是外星人的遗传密码么?32 / 作者:tgboler / 帖子ID:44679,179884

全新的8碱基遗传系统结构。四种天然碱基分别是G(绿色),A(红色),C(深蓝色)和T(黄色);四种合成的碱基分别为B(青色),S(粉色),P(紫色)和Z(橙色)

研究团队则通过改造后的野生型T7 RNA聚合酶,成功地将Hachimoji DNA转录为具有相应功能的Hachimoji RNA,证明了在合适的酶系统存在的前提下,Hachimoji DNA是可以作为传递遗传信息的载体。

8碱基DNA的诞生,会是外星人的遗传密码么?45 / 作者:tgboler / 帖子ID:44679,179884

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。

//

未来的道路

//

所以,该研究首次系统性地证明了生命可由互补的非自然碱基进行支撑,极大地丰富了遗传信息携带的物质基础。

如果天然DNA是一部短篇小说,那么人工合成的DNA将是一部恢弘的长篇。四种碱基自由组合的64个密码子就已为地球生物圈带来了如此复杂的多样性,那么八种碱基所形成的512种密码子必然会带来令人无法想象的可能性。

这为我们理解生命起源和外星人探测方面提供了新的思路,Benner表示外星人更有可能出现在地球的实验室,不过就目前而言,Hachimoji DNA还不能说是外星人,因为生命系统应该能完成自我延续。现在Hachimoji DNA系统还需要人为地添加碱基和蛋白质维持功能。一旦离开实验室,Hachimoji DNA也是无法生存的。

此外,该研究发现包含P和Z的Hachimoji DNA能在培养皿中自动追寻和结合肝癌细胞和乳腺癌细胞,因而它还具有一定的实际应用,可将其改造成癌细胞猎手,用于肿瘤的早期诊断。

虽然这次对含有8种不同碱基DNA的展示,为创造出含有更多非自然碱基的DNA提供了可能性,但这还只是一个令人兴奋的起点,要真正实现一个真正的“8字母”合成基因系统,还有很长的路要走,如DNA复制、转录的准确性和效率等。

参考资料:

https://www.nature.com/articles/d41586-019-00650-8#ref-CR1

http://science.sciencemag.org/content/363/6429/884/tab-figures-data

https://www.livescience.com/64829-hachimoji-dna.html

https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/jacs.5b02251

http://europepmc.org/articles/PMC1635279/

第二届“翡翠擂台”已经开始

点击下方图片可了解详情

点下“好看”,多根头发

8碱基DNA的诞生,会是外星人的遗传密码么?51 / 作者:tgboler / 帖子ID:44679,179884


  
本文选自:今日头条
online_member 发表于 2019-3-11 20:32:57 | 显示全部楼层
四碱基就这么多物种,那八个,,,
online_member 发表于 2019-3-11 20:33:09 | 显示全部楼层
8碱基所形成的512种密码子必然会带来令人无法想象的可能性
您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册会员 qq_login

本版积分规则

关闭

大家都在讨论:上一条 /4 下一条


ad_close

ad_close

210206em5vhmd88tavk788
快速回复 返回顶部 返回列表