一些杀菌病毒用不同的 DNA 字母表拼写出它们的遗传指令。
40 多年前，俄罗斯科学家报告称，一种名为氰噬菌体 S-2L 的噬菌体用 2-氨基腺嘌呤（称为 Z）取代了 DNA 结构单元腺嘌呤（通常称为 A）。但没有人知道噬菌体是如何从 A 到 Z 的，也不知道为什么。
经过几十年的思考，两个独立的科学家小组发现了如何病毒使和将Z构建到他们的遗传指令中， 和他们这样做的原因之一，该团队在 4 月 30 日发表了三项研究报告科学。
这些发现对于地球生命的起源、在其他行星上寻找生命以及多种潜在应用耶鲁大学分子和合成生物学家法伦·艾萨克斯 (Farren Isaacs) 表示，他在生物医学、合成生物学、材料科学和计算领域拥有丰富的经验。科学。 “这真是一个根本性的发现。”
20 世纪 90 年代，巴黎巴斯德研究所的异种生物学家 Philippe Marlière 正在“寻找与我们所知的生命不同的例子”，当时他偶然发现了 1977 年俄罗斯的一项研究，该研究描述了具有不寻常 DNA 的噬藻体。获得病毒样本后，马里埃尔和同事破译了噬菌体的完整遗传指令或基因组。
在病毒的基因组中，研究人员发现了构建一种名为 PurZ 的酶的指令，该酶可以执行制造 Z（也称为二氨基嘌呤）的第一步。巴斯德研究所于 2003 年以 Marlière 的名义申请了该酶的专利。
有了这种酶，“Z 是如何制造的就变得非常清楚了，但我们没有[做]任何实验来证明我们是对的，”现任柏林欧洲合成科学家和工业家联合会主席的 Marlière 说。该项目因多种原因被叫停。
研究人员直到现在才发表他们的发现，部分原因是 PurZ 不是 Marlière 正在寻找的酶。相反，他说他希望找到一种不同的酶，一种能够排斥腺嘌呤并用 Z 代替的聚合酶。 “我非常非常失望，”他说，“因为在那个噬菌体中无法检测到我渴望的聚合酶。”
事实上，这种噬菌体的聚合酶并不是他想要的。 Marlière 的合作者 Pierre Alexandre Kaminski 及其同事发现，噬藻体 S-2L 的聚合酶对使用 A 或 Z 并不挑剔。相反，另一种病毒称为 DatZ 的酶可降解腺嘌呤结构单元，让聚合酶别无选择，只能使用 Z，巴斯德研究所的生物化学家 Kaminski 及其同事于 4 月 23 日在《自然通讯。
Marlière 定期在基因数据库中搜索其他含有 PurZ 并可能含有难以捉摸的挑剔聚合酶的噬菌体。大约四年前，他说，“我得到了结果。叮，叮，叮！而且我不仅仅得到了一个。我得到了 12 个。宾果，猜猜看，这个 PurZ 基因的隔壁是一个聚合酶基因。啊哈！”
这管病毒科研究人员报告说，感染多种细菌的噬菌体都具有称为 DpoZ 的聚合酶版本，它会优先将 Z 而不是 A 插入病毒的 DNA 中。 Marlière 已申请了该酶的专利。
DNA 的 Z-T 键与更标准的 A-T 键有何不同
标准 DNA 碱基腺嘌呤（称为 A（左））通过两个氢键（橙色）与其伙伴胸腺嘧啶（称为 T（右））连接。
碱基 2-氨基腺嘌呤，也称为 Z（左），多了一个氨基 (NH2，红色）高于腺嘌呤。这种添加使得 Z 与胸腺嘧啶形成额外的氢键（橙色），这使得 ZT 配对比 AT 配对更稳定。
伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的合成生物学家赵慧敏表示，替代字母表的使用范围可能比之前想象的要广泛得多。他回忆道，他第一次听说使用含有 Z DNA 的噬菌体是在几年前的一次晚宴上。他不知道法国科学家仍在研究这个难题，他还搜索了数据库，发现了 60 个含有 PurZ 的噬菌体，其中包括来自法国和法国的噬菌体。管病毒科和足病毒科家庭。他的团队还研究了噬菌体用来制造和整合 Z 的生化途径，并发现了降解 A 的酶。
仅仅因为噬菌体具有酶，它们不一定在 DNA 中使用 Z。因此，Zhao 和中国的同事选择了一种名为 SH-Ab 15497 的噬菌体来感染不动杆菌属他的团队报告说，细菌，并证实其 DNA 字母表也用 Z 代替了 A。
将 As 替换为 Zs
为什么噬菌体会对非常规 DNA 产生困扰仍然未知。一种假设是，用 Z 代替 A 是对抗细菌防御酶（称为限制性酶）的一种对策，这种酶会切断入侵噬菌体的 DNA。赵和同事发现，此类酶很难识别和切割含有 Z 碱基的 DNA。 “噬菌体试图避免被宿主破坏，”他说。 “这确实是噬菌体的一种保护机制。”
佛罗里达州阿拉楚阿应用分子进化基金会的化学家和天体生物学家 Steven Benner 表示，这也是噬菌体和细菌之间永无休止的军备竞赛的一部分。使用 Z 或其他替代 DNA 碱基的其他噬菌体可能仍然存在。 “我们忽视了地球上的这种生命形式，因为我们的分子工具不允许我们寻找它，”他说。 “这些人所做的是发现了我们库存中缺失的整个生物圈。”
全球制药和生物技术公司赛诺菲位于加利福尼亚州拉霍亚的合成生物学家弗洛伊德·罗梅斯伯格 (Floyd Romesberg) 表示，含 Z 的噬菌体是否是新的生命形式还存在争议（更不用说关于病毒是否存在的持续争论）。但他表示，它确实为生命是什么、过去和可能成为什么开辟了新的可能性。
“生活并不完全是我们想象的那样。生活不一定是 GTAC，”他指的是标准 DNA 字母表中的四个字母。 “它说的是生活可以更加多样化。”
这种认识可能会影响（序列号：2016 年 4 月 18 日）。科学家们经常认为他们应该寻找鸟嘌呤、胸腺嘧啶、腺嘌呤和胞嘧啶，这些是我们迄今为止所知道的 DNA 碱基。但本纳说，也许研究人员应该寻找 2-氨基腺嘌呤，即 Z 碱基。
毕竟，Z 与胸腺嘧啶形成三个氢键，而不是两个将 A-T 碱基对连接在一起的氢键。他说，这使得 Z-T 配对 DNA 更加稳定，并且比传统 DNA 能够承受更热或更恶劣的条件。
有了额外的稳定性，人们可能想知道为什么地球上的所有生物体都不使用 Z 轴。Romesberg 说，稳定性并不是一切。 DNA 必须解开并分裂才能复制。对于 Z-T 碱基对来说，这可能更难做到。 Z 还改变了 DNA 的弯曲方式，或许使其更难像含 A 的遗传物质那样挤进狭小的空间。这可能会使 A 对其他生物体更具吸引力。
或许A排在第一位只是一个意外。罗梅斯伯格说，一旦细胞开始使用该碱基，就必须改变太多东西才能完全切换到另一个碱基。（序列号：5/7/14）。
细胞很难更换，因为有太多不同的部分必须改变才能适应新的 DNA 碱基。罗梅斯伯格说，病毒的精简基因组更加灵活：它们携带的机器更少，因为它们让宿主完成大部分工作。即使是 Z 噬菌体也只是制造 Z 的第一步，并依赖几种宿主酶来完成配方。目前尚不清楚细胞生物体是否也能将 Z 写入其 DNA 中。
