專家首次為大腸桿菌植入人工堿基對(duì)

近日公布的一項(xiàng)合成生物學(xué)研究顯示，科學(xué)家首次將人工合成堿基對(duì)插入大腸桿菌的DNA(脫氧核糖核酸)中，且并未影響其生長(zhǎng)和復(fù)制過(guò)程。這一成果向利用合成技術(shù)“訂制”特定生物組織邁進(jìn)一步。

遺傳物質(zhì)DNA由兩條很長(zhǎng)的糖鏈結(jié)構(gòu)形成骨架，通過(guò)堿基對(duì)的結(jié)合形成穩(wěn)定的螺旋結(jié)構(gòu)。自然界的生命多姿多彩，最基本的堿基對(duì)卻只有兩種：腺嘌呤-胸腺嘧啶(A-T)和胞嘧啶-鳥嘌呤(C-G)。但美國(guó)研究人員構(gòu)建出一種自然界不存在的生物體，它穩(wěn)定包含一種代號(hào)為“X-Y”的人工堿基對(duì)。

美國(guó)斯克里普斯研究所等機(jī)構(gòu)研究人員介紹說(shuō)，將人工合成堿基對(duì)植入活體生物細(xì)胞需要克服諸多困難，比如人工堿基對(duì)需要與天然堿基對(duì)融合以保持DNA結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。此外，DNA在自我復(fù)制及轉(zhuǎn)錄為RNA的過(guò)程中，人工堿基對(duì)必須能在拉鏈樣結(jié)構(gòu)的DNA鏈中成功地“分分合合”，還要避免被DNA修復(fù)機(jī)制當(dāng)作“外來(lái)者”而清除掉。

在最新研究中，研究人員合成了一段包含天然堿基對(duì)和人工堿基對(duì)的DNA，將其插入大腸桿菌細(xì)胞中。研究的突破之一是發(fā)現(xiàn)了一種特殊的轉(zhuǎn)運(yùn)分子，這種由一種微藻生成的三磷酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，能夠運(yùn)輸人造堿基對(duì)進(jìn)入細(xì)胞。結(jié)果顯示，DNA能以適當(dāng)?shù)乃俣群蜏?zhǔn)確度進(jìn)行復(fù)制，被改造的大腸桿菌細(xì)胞仍繼續(xù)生長(zhǎng)，人工堿基對(duì)也沒(méi)有被去除。

研究負(fù)責(zé)人、斯克里普斯研究所的羅姆斯伯格介紹說(shuō)，雖然此次研究中的人工堿基對(duì)還不能參與制造新型蛋白質(zhì)，但從理論上說(shuō)，引入X-Y堿基對(duì)可將構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸提升到172種，而目前生物體內(nèi)的蛋白質(zhì)是由20種基本氨基酸構(gòu)成的。

研究人員還強(qiáng)調(diào)說(shuō)，公眾不必?fù)?dān)心這種自然界不存在的大腸桿菌逃出實(shí)驗(yàn)室及其可能造成的危害，因?yàn)槿斯ず铣蓧A基對(duì)在實(shí)驗(yàn)室外無(wú)法復(fù)制，它們進(jìn)入細(xì)胞必須借助特殊的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。合成生物學(xué)近年來(lái)的一大研究焦點(diǎn)就是通過(guò)化學(xué)手段合成人工堿基對(duì)，在其中加入特定的遺傳信息，希望最終能制造出具有特定功能的蛋白質(zhì)乃至生物組織，用于生物醫(yī)療等領(lǐng)域。