科学家用人工合成DNA创造“全新微生物”

据外国媒体报道，加州斯克里普斯研究所的研究人员最近创造了一种“新的”生命形式，带有延伸的遗传密码。科学家已经引入了一些大肠杆菌中不存在的DNA分子..尽管大肠杆菌的基因编码有两个以上的片段，但它仍能像正常细菌一样生长和复制，这为科学家创造新的人工生命奠定了一定的基础。

研究人员表示，经过改造的微生物为科学家提供了一个“创造具有新特征的微生物”的机会在未来，科学家可能会开始开发能够产生新蛋白质的微生物，这可能会帮助我们发明新药物，并在纳米技术上取得重大突破。

研究人员实际上在2014年培育了这些微生物，但它们只能存活很短时间。现在，该团队终于找到了一种让它们存活的方法，当复制时，它们的合成DNA可以传给下一代。

斯克里普斯研究中心的首席科学家罗梅斯伯格博士指出:“你的基因组不仅应该在一天内保持稳定，而且应该在你的余生保持稳定。如果一个合成有机体要成为一个真正的有机体，它必须保持它的遗传信息稳定。”他们还编辑了细菌并移除了所有不含合成DNA的细菌DNA。

然而，一些人担心“合成生物学”的快速发展，并认为新的生物可能会从实验室逃脱，并导致不可预测的后果。天然DNA由四个“字母”组成，即A(腺嘌呤)、C(胞嘧啶)、G(鸟嘌呤)和T(胸腺嘧啶)。脱氧核糖核酸的“近亲”核糖核酸也含有另一个“字母”，即尿嘧啶。a、C、G和T形成一个“碱基对”，不同的序列决定不同的生命形式。

虽然地球上的生命是多样的，但它由两个碱基对组成:A-T和c-g。我们培养的微生物也含有自然界中不存在的第三种碱基对罗梅斯·伯格博士说。这个新的碱基对由X和Y组成，在自然界中并不存在。因此，含有这种碱基对的细菌是一种全新的生命形式。

罗梅斯·伯格博士说:“这表明还有其他储存遗传信息的方法，也意味着延伸的DNA生物学有很大的潜力来帮助我们开发新药或新的纳米技术。”这项研究给活细胞增加了一个全新的碱基对，这一过程在进化史上已经持续了10亿年。

2008年，由罗梅斯·伯格博士领导的研究小组成功复制了一个试管中不存在的碱基对。他们还将这种“半合成”的脱氧核糖核酸转录成核糖核酸，朝着创造新蛋白质迈出了第一步。然而，活细胞的内部环境非常复杂，执行同样的步骤面临着巨大的挑战。

为了解决这个问题，科学家首先将人工碱基对分子d5SICS(Y)和dNaM(X)添加到细胞外的溶剂中。然后，该研究的共同作者张约克和布莱恩·兰姆开发了一种叫做核苷酸转运蛋白的工具，将它们输送到细菌细胞中。

"这是一个巨大的突破，对我们帮助很大。"合著者丹尼斯·马利舍夫博士说。研究人员在2014年使用的核苷酸转运体对细菌造成了损害，但他们通过改造解决了这个问题。

他们改进了合成的Y碱基，并修改了它的化学成分，使细胞更容易复制碱基对。科学家们还合成了一些叫做质粒的环状DNA，并将它们植入大肠杆菌的基因组中。它包含天然的A-T和C-G碱基对和合成的d5SICS-dNaM碱基对。

尽管这些质粒不属于细菌自身的染色体DNA，但它们也参与细胞复制过程。令研究小组惊讶的是，这些半合成质粒对大肠杆菌的生长没有严重影响，并且在复制过程中没有丢失。

接下来，科学家希望证明细胞中人工合成的DNA也可以转录成RNA分子，并参与细胞中的蛋白质合成过程。“理论上，我们可以利用自然界中不存在的新氨基酸来合成新的蛋白质，这可以帮助我们更好地利用蛋白质进行治疗和诊断，也可以制成具有特定功能的实验室试剂。在纳米材料等领域，它也可能发挥自己的作用。”

作为对研究结果的回应，德克萨斯大学的罗斯·泰勒和杰瑞德·埃尔夫评论道:“如果这项技术...也可以应用于其他碱基对，那么将会有远不止三个碱基对。”

“这也让我们思考为什么自然界的生命只有两个碱基对。既然半合成微生物能储存更多的基因信息，它们能有更多的功能或忍受更恶劣的环境吗？”

“科学家试图扩展遗传密码，勇敢地挑战了DNA的自然特征。他们试图改变脱氧核糖核酸也可能招致批评。”