地球上可能有一系列令人眼花缭乱的生命形式,但我们的生物学最终仍然是一个孤立的数据点——我们根本没有基于与我们自己不同的 DNA 的生命参考。现在,科学家们已经开始着手突破生命的界限。
由 NASA 资助并由美国应用分子进化基金会领导的研究创造了一种全新的 DNA 双螺旋结构,它具有额外的四个核苷酸碱基。
它被称为八字DNA(来自日语中的“八个字母”),它包括两个新的配对,以添加到腺嘌呤(A)与胸腺嘧啶(T)以及鸟嘌呤(G)与胞嘧啶(C)配对的现有伙伴关系中。
这项扩展大自然自身遗传配方的工作听起来可能有点熟悉。同样的科学家已经成功挤压2011 年的两封新信。仅在去年扩展字母表的另一个版本也有六个字母,是为了在活的有机体内部发挥作用而设计的。
现在,在看似超额完成的情况下,研究人员又重新开始开发更多的非标准核苷酸。
不过,他们的目的是将食谱中的代码数量增加一倍。
“通过仔细分析八字DNA中形状、大小和结构的作用,这项工作扩展了我们对可能在外星世界存储外星生命信息的分子类型的理解,”化学家史蒂文·本纳说。
我们已经对“天然”DNA 在各种环境条件下的稳定性和功能性有了很多了解,并且慢慢梳理可能的情况描述了它从简单的有机材料到活性化学的演变。
但为了真正了解遗传系统如何进化,我们需要测试其基础化学的极限。
八字DNA当然允许这一点。新代码标记为 P、B、Z 和 S,基于与现有代码相同的含氮分子,分类为嘌呤和嘧啶类。
类似地,它们通过氢键连接形成自己的碱基对——S 与 B 键合,P 与 Z 键合。
这就是相似之处逐渐消失的地方。这些新的“字母”为双螺旋结构引入了数十种新的化学参数,这些参数可能会影响它的拉链和扭曲方式。
通过设计预测分子稳定性的模型,然后观察由这种“外来”DNA 组成的实际结构,研究人员可以更好地了解遗传模板的基础知识中真正重要的内容。
研究人员构建了数百个由不同配置的天然和合成碱基组成的八字螺旋,然后将它们置于一系列条件下,看看它们的表现如何。
虽然新字母的行为方式存在一些细微差别,但没有理由相信八字DNA不能很好地作为一种可以变异和进化的信息携带模板。
该团队不仅证明了他们的合成字母可以在不迅速分解的情况下形成新的代码,这些序列还被翻译成合成的 RNA 版本。
他们的工作远未达到第二个起源。但像这样的新颖 DNA 格式是朝着确定生命化学在宇宙其他地方可能是什么样子,也可能不会是什么样子迈出的一步。
“生命探测是美国宇航局行星科学任务中一个日益重要的目标,这项新工作将帮助我们开发有效的仪器和实验,从而扩大我们寻找的范围,”NASA 行星科学部代理主任 Lori Glaze 说道。
设计可以与我们自己的 DNA 一起运行的新碱基也具有离我们更近的应用,这不仅是一种用不同的代码库重新编程生命的方法,而且是我们努力构建新型纳米结构。
合成 DNA 确实没有极限。这将带我们去往星星并再次返回。
这项研究发表于科学。