一些杀菌病毒在不同的DNA字母中阐明了其遗传学说明。
40多年前,俄罗斯的科学家报告说,一种称为氰基S-2L的噬菌体取代了DNA构建块腺嘌呤,通常称为A,带有2-氨基甲胺为Z.
经过数十年的惊奇,两个独立的科学家群体发现了病毒和将z构建到他们的遗传指示中, 和他们这样做的原因之一,团队在4月30日的三项研究中报告科学。
这些发现对地球上生命的起源,其他行星的生命以及多个潜在的应用耶鲁大学的分子和合成生物学家法伦·艾萨克斯(Farren Isaacs)说,在生物医学,合成生物学,材料科学和计算方面科学。 “这是一个真正的基本发现。”
在1990年代,当时巴黎巴斯德研究所的异种生物学家菲利普·玛丽埃(PhilippeMarlière)“正在寻找与我们所知道的生活不同的例子”,当时他遇到了1977年的俄罗斯研究,描述了与不寻常DNA的cananophage。在获得病毒样本后,Marlière及其同事解读了噬菌体的完整遗传指示或基因组。
在病毒的基因组中,研究人员找到了建造一种称为Purz的酶的指示,该酶可以迈出制造Z的第一步,也称为二氨基嘌呤。巴斯德研究所于2003年以玛利耶尔的名字申请了该酶的专利。
掌握了酶,“很清楚Z的制造方式,但是我们没有[做]任何实验来证明我们是正确的。”现任柏林合成科学家和工业家的欧洲联合组织总裁玛丽埃说。该项目因多种原因而停止。
研究人员直到现在才发表他们的发现,部分原因是Purz并不是Marlière的酶。取而代之的是,他说他希望找到一种不同的酶,一种聚合酶会拒绝腺嘌呤,而是用Z来代替Z。他说:“我非常非常失望,因为我渴望的聚合酶在那个噬菌体中无法被发现。”
确实,这个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Cyanophage S-2L的聚合酶对使用A或Z并不挑剔。相反,另一种病毒酶称为DATZ降解腺嘌呤的构建块,离开聚合酶别无选择,只能使用Z,巴斯德研究所的生物化学家卡明斯基(Kaminski),同事于4月23日在自然通讯。
玛利耶(Marlière)定期搜索了遗传数据库,以了解具有PURZ并可能包含难以捉摸的挑剔聚合酶的其他噬菌体。然后大约四年前,他说:“我得到了结果。丁,丁,丁!而且我没有得到一个。我得到了12个。宾果,在这个Purz Gene的隔壁,猜猜是什么,是一个聚合酶基因。
这siphoviridae研究人员报告说,感染各种细菌的噬菌体都具有称为DPOZ的多种多样的DPOZ,优先插入Z而不是a插入病毒的DNA中。 Marlière已向酶申请了专利。
DNA的Z – T键与更标准的A – T键有何不同

标准DNA碱腺嘌呤(称为A(左))通过两个氢键(橙色)与其伴侣胸骨(称为T(右))联系起来。

碱2-氨基丙氨酸,也称为Z(左),还有一个氨基组(NH2,红色)比腺嘌呤。该添加使Z与胸腺氨酸形成额外的氢键(橙色),这使得ZT配对比Pairs更稳定。
伊利诺伊大学Urbana-Champaign大学的合成生物学家Huimin Zhao说,替代字母的使用量可能比以前想象的要大得多。他回忆说,他首先听说了几年前在晚宴上使用含Z的DNA的噬菌体。他不知道法国科学家仍在努力解决难题,他还搜索了数据库,并发现了60种包含Purz的噬菌体,包括来自两个的噬菌体siphoviridae和Podoviridae家庭。他的团队还制定了噬菌体用来制造和融合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,它们不一定在其DNA中使用Z。因此,中国的Zhao及其同事选择了一个称为SH-AB 15497的噬菌体扫视杆菌他的团队报道说,细菌并确认其DNA字母也可以代替A。
替换为ZS
为什么噬菌体会困扰非常规的DNA仍然未知。一种假设是,用Z代替A是对细菌防御酶(称为限制酶)的对策,该酶从入侵的噬菌体中切碎DNA。 Zhao及其同事发现,这种酶很难识别并切割含有Z碱基的DNA。他说:“噬菌体试图避免被主持人摧毁。” “这确实是噬菌体的保护机制。”
在佛罗里达州Alachua应用的分子进化基金会的化学家和天文学家史蒂文·本纳(Steven Benner)说,这也是噬菌体和细菌之间永无止境的武器竞赛的一部分。其他使用Z或其他替代DNA碱基的噬菌体可能仍然存在。他说:“我们已经忽略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。” “这些家伙所做的就是发现我们库存中缺少的整个生物圈。”
弗洛伊德·罗姆斯伯格(Floyd Romesberg)说,全球药物和生物技术公司在加利福尼亚州拉乔拉(La Jolla)的网站弗洛伊德·罗姆斯伯格(Floyd Romesberg)表示,含有Z的噬菌体是否是新的生活形式(更不用说有关病毒是否活着的持续辩论)是有争议的。
他说:“生活并不是我们认为的。生活不一定是GTAC。”他指的是标准DNA字母的四个字母。 “它说的是生活会更加多样化。”
这种认识可能会影响((SN:4/18/16)。科学家经常认为他们应该寻找鸟嘌呤,胸腺胺,腺嘌呤和胞嘧啶,这是我们所知道的DNA的基础。但是,也许研究人员应该寻找2-氨基二烯,而是Z基础。
毕竟,Z与胸腺氨酸形成了三个氢键,而不是将A – T碱基对的两个氢键形成。他说,这使得Z – T配对的DNA比传统的DNA更稳定,并且能够与传统的DNA更炎热或更恶劣的条件。


随着额外的稳定性,人们可能会想知道为什么地球上的所有生物都不使用Z。稳定性并不是一切。 DNA必须解开并分开才能复制。与Z -T碱基对可能更难做到这一点。 Z还改变了DNA曲线和弯曲的方式,也许使含A的遗传物质的方式更难将其包装到紧密的空间中。这可能会使其他生物更具吸引力。
也许是第一次出现的事故。罗姆斯伯格说,一旦牢房开始使用该基础,就必须改变太多的事情才能完全改用另一个基础,罗姆斯伯格已经工作了多年,以使细菌成为((SN:5/7/14)。
细胞很难交换,因为有许多不同的部分必须更改以适应新的DNA碱基。罗姆斯伯格说,病毒剥离的基因组更加灵活:它们携带的机械含量更少,因为它们使宿主做大部分工作。甚至Z-Phage也只是制作Z的第一步,并依靠多种宿主酶来完成食谱。仍然不知道细胞生物是否也可以将Z写入其DNA。