跳到主要内容

话题

生物材料

生物材料

Hachimoji DNA使遗传密码加倍

22 Feb 2019 IsabelleDumé.
Hachimoji双螺旋的晶体结构
Hachimoji双螺旋的晶体结构由四个自然的基础,G(绿色),(绿色),(蓝色),C(蓝色),T(黄色)和四个合成基座,B(青色),S(粉红色)建造, p(紫色)和z(橙色)。值得注意的是成对的几何规律性,是进化的要求。信贷:印第安纳大学医学院Millie Georgiadis

美国的研究人员从八个构建块字母内建立了一个“外星人”DNA系统,因此扩展了四个遗传密码并将其信息密度加倍。新系统符合达尔文进化的所有要求,也可以转录到RNA。对于未来的合成生物学应用,这将是重要的,并扩大了可能能够支持生活的分子结构的范围,在地球上,在宇宙中更广泛地广泛。

生命的主要特征之一是它可以存储和传递遗传信息。在现代生物体中,这是通过仅使用四个建筑物的DNA:鸟嘌呤,胞嘧啶,腺嘌呤和胸腺嘧啶(G,A,C和T)完成。对DNA链的对形成双螺旋,其与T和C键合到G.

四个建筑块

研究人员,LED 史蒂文班纳Firebird生物分子科学 LLC和这一点 应用分子演变的基础,佛罗里达州阿拉贺州,现在已经使用了有机化学来设计,并使四个这样的建筑块适合G:C和A的尺寸和形状,并与它们捆绑。这些结构块是p和b,这是嘌呤和z和s的类似物,这是嘧啶的类似物。这些双工形成P:Z和B:S对。

“我们制造了几百个新的合成遗传系统的分子,并研究了它们与其互补遗传分子结合的能力,”贝纳解释。 “这导致了预测合成构建块序列的规则,例如GactzPSB,绑定互补CTGAPZBS序列。”

研究人员称为他们的八个字母的综合遗传系统“Hachimoji”DNA(“Hachi”意味着日语和“Moji”字母中的八个。

Hachimoji DNA也支持生活

像天然DNA一样,Hachimoji DNA支持它以可预测的方式和副本成对的生命,并副本制作Hachimoji RNA。 RNA对生命是重要的,因为它是通过该分子在送到蛋白质之前转移信息的。

本纳及其同事表示,新的DNA也符合“Schrödinger要求”,为分子演变的达尔文系统 - 一个支持生活的重要标志。 “ErwinSchrödinger是为了创造量子化学而闻名,但后来在他的生命中,像许多物理学家一样,他变得对进化感兴趣,”贝纳解释道。 “他指出,为了存储信息,遗传物质必须具有不同的构建块,就像字母表必须具有不同的字母。”

然而,从物理角度来看,这些构件块必须能够彼此替换,而不会几何上扰乱双螺旋的大小或形状来支持进化。 “我们的额外核苷酸'信件是以这种方式设计的。”

工程酶以将DNA转化为RNA

为了将Hachimoji DNA转录成RNA,研究人员适应了天然酶(T7聚合酶),使其可以接受非天然的遗传分子。这是与这种合成DNA系统合作时的主要挑战之一,是贝纳纳。 “我们的同事安德鲁Ellington和他的德克萨斯大学奥斯汀大学重新设计了T7聚合酶,通过改变蛋白质中的氨基酸并找到接受Hachimoji DNA制作Hachimoji RNA的氨基酸来转录天然RNA。”

他告诉遗传,这项工作告诉我们有关所需的化学,他告诉我们 物理世界。它表明,除了我们在地球上知道的基于DNA的生命形式可能存在于宇宙中。他说,这对寻找卓越的“签名”来说,这可能对。

说Hachimoji DNA是外星人的生活是错误的,但他坚持不懈。为此,系统还必须自维持,Hachimoji DNA需要稳定的实验室建筑块和蛋白质。 “由于外面没有任何内容,如果它逃脱了实验室,Hachimoji DNA就可以了。”

许多潜在的应用

据团队称,潜在的应用程序很多。 “Hachimoji DNA可用于在可检索的分子信息储存,条形码,自组装纳米结构中为人类疾病进行清洁诊断,并制备具有额外氨基酸以及新药的蛋白质。该DNA的部分已经通过Firebird商业生产。

研究人员,报告他们的工作 科学 10.1126 / science.aat0971.说,他们现在正忙于接受合成遗传系统的工程细菌。

版权©2021由IOP Publishing Ltd和个人贡献者