英國《自然》雜志2月7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)。　　　　美國斯克里普斯研究所等機(jī)構(gòu)研究人員介紹說，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，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，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，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)近年來的一大研究焦點(diǎn)就是通過化學(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。　　　　北京時(shí)間1月25日消息，據(jù)國外媒體報(bào)道，美國加州斯克利普斯研究所（Scripps Research Institute）的研究人員近日用一段延伸的遺傳密碼創(chuàng)造了一種“全新”的生命形式。科學(xué)家向大腸桿菌中引入了一些該細(xì)菌中本不存在的DNA分子。雖然修改后的大腸桿菌遺傳密碼中多了兩個(gè)片段，但仍能像正常細(xì)菌一樣生長(zhǎng)和復(fù)制，這為科學(xué)家創(chuàng)造全新的人造生命奠定了一定基礎(chǔ)。　　　　研究人員稱這些經(jīng)過修改的微生物為科學(xué)家提供了”創(chuàng)造擁有全新特征屬性的微生物“的契機(jī)。未來科學(xué)家可能會(huì)著手研發(fā)能夠生產(chǎn)新型蛋白質(zhì)的微生物，這或許能幫助我們發(fā)明新藥物，并取得納米技術(shù)的重大突破。　　　　研究人員其實(shí)在2014年就培育出了這些微生物，但它們只存活了一段很短的時(shí)間。如今該團(tuán)隊(duì)終于找到了使它們保持活力的方法，并且在復(fù)制時(shí)，它們的合成DNA還能遺傳給下一代。 斯克利普斯研究中心的首席科學(xué)家羅梅斯伯格博士（Dr Romesberg）指出：“你的基因組不僅要在一天之內(nèi)保持穩(wěn)定不變，在你的一生中都必須如此。如果人工合成的生物要成為真正的生物，就必須使遺傳信息保持穩(wěn)定不變。”他們還對(duì)細(xì)菌進(jìn)行了編輯，清除了所有不含合成DNA的細(xì)菌DNA。　　　　不過，有些人對(duì)“合成生物學(xué)”的快速進(jìn)步表示擔(dān)心，認(rèn)為新型生物可能會(huì)從實(shí)驗(yàn)室中逃逸、造成無法預(yù)料的后果。天然的DNA由四個(gè)“字母”組成，分別為A（腺嘌呤）、C（胞嘧啶）、G（鳥嘌呤）、和T（胸腺嘧啶）。而DNA的“近親”RNA中還包含另一個(gè)“字母”，即U（尿嘧啶）。A、C、G、T兩兩構(gòu)成“堿基對(duì)”，不同的排列順序決定了不同的生命形式。　　　　“雖然地球上的生命多種多樣，但都由兩種堿基對(duì)構(gòu)成：A-T與C-G。而我們培育的微生物中還含有第三種、自然界中不存在的堿基對(duì)。”羅梅斯伯格博士說道。這一新型堿基對(duì)由X和Y構(gòu)成，不存在于自然界中，因此含有該堿基對(duì)的細(xì)菌是一種全新的生命形式。　　　　羅梅斯伯格博士表示：“這說明還存在其它儲(chǔ)存遺傳信息的方式，也意味著延伸DNA生物學(xué)具有很大的潛力，能幫助我們研發(fā)新藥物、或是新型納米技術(shù)。”此次研究向活細(xì)胞中加入了一種全新的堿基對(duì)，而這一過程在進(jìn)化史中經(jīng)歷了十億年之久。　　　　2008年，羅梅斯伯格博士帶領(lǐng)的研究人員團(tuán)隊(duì)成功在試管中復(fù)制出了一種自然界中不存在的堿基對(duì)。他們還將這一“半合成”的DNA轉(zhuǎn)錄成了RNA，向創(chuàng)造新型蛋白質(zhì)邁出了第一步。但活細(xì)胞內(nèi)部環(huán)境十分復(fù)雜，實(shí)施同樣的步驟面臨著巨大的挑戰(zhàn)。　　　　為解決這一問題，科學(xué)家先是將人造堿基對(duì)分子d5SICS（Y）和dNaM（X）加入到細(xì)胞外的一種溶劑中。接著，該研究的共同作者約克·張（Yorke Zhang）和布萊恩·萊姆（Brian Lamb）研發(fā)了一種名為核苷酸轉(zhuǎn)運(yùn)劑（nucleotide transporter）的工具，將它們送到細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)部。　　　　“這是一次巨大的突破，對(duì)我們起到了極大幫助。”共同作者丹尼斯·馬里謝夫博士（Dr Denis Malyshev）表示。研究人員在2014年使用的核苷酸轉(zhuǎn)運(yùn)劑對(duì)細(xì)菌造成了破壞，但他們通過修改解決了這一問題。　　　　他們對(duì)人工合成的Y堿基進(jìn)行了改良，對(duì)它的化學(xué)組成做了一些修改，使細(xì)胞更易于復(fù)制堿基對(duì)。科學(xué)家還合成了一些名叫質(zhì)粒（plasmids）的環(huán)狀DNA，將它們嵌入大腸桿菌基因組中。其中含有天然的A-T與C-G堿基對(duì)，還有人工合成的d5SICS-dNaM堿基對(duì)。　　　　雖然這些質(zhì)粒不屬于細(xì)菌本身的染色體DNA，但它們也參與了細(xì)胞的復(fù)制過程。令研究團(tuán)隊(duì)驚訝的是，這些半合成的質(zhì)粒并未對(duì)大腸桿菌的生長(zhǎng)造成嚴(yán)重影響，也沒有在復(fù)制過程中丟失。　　　　接下來，科學(xué)家希望證明細(xì)胞中人工合成的DNA也能轉(zhuǎn)錄成RNA分子，并參與細(xì)胞中的蛋白質(zhì)合成過程。“從理論上來說，我們可以用自然界中不存在的新型氨基酸合成新型蛋白質(zhì)，這能幫助我們更好地將蛋白質(zhì)用于治療和診斷中，還能制成擁有特定功能的實(shí)驗(yàn)室試劑。在納米材料等領(lǐng)域，它或許也能一展身手。”　　　　針對(duì)此次研究結(jié)果，德州大學(xué)的羅斯·泰爾（Ross Thyer）和杰瑞德·埃爾夫森（Jared Ellefson）評(píng)論道：“如果該技術(shù)……也能用于其它堿基對(duì)，那么DNA堿基對(duì)將遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止三種。”　　　　“這也讓我們深思，為何自然界的生命僅由兩種堿基對(duì)組成？半合成微生物既然能儲(chǔ)存更多遺傳信息，是否能擁有更多的功能、或忍受更嚴(yán)酷的環(huán)境？”　　　　“科學(xué)家試圖擴(kuò)展遺傳密碼子，對(duì)DNA的天然特性勇敢地發(fā)起了挑戰(zhàn)。而他們?cè)噲D修改DNA的做法也可能會(huì)招致人們的批評(píng)。”