新一輪生物大爆發？人造DNA字母誕生 或可治癌症還能找外星人

地球上所有生命的遺傳信息，已知的都是儲存DNA的4種關鍵化學物質——鳥嘌呤(guanine)、胞嘧啶(guanine)、腺嘌呤(adenine)和胸腺嘧啶(thymine)——中，為了方便，科學家通常取其首字母，也就是我們常常在相關文章中看到的G、C、A、T，這4種物質數量複雜地排列組合，形成了地球上豐富多彩的生物種群。

不過，從今天開始，地球生命的多樣性和複雜性也許要更上一層樓。科學家們首次創造了一種人工合成的、由8種化學物質組成的遺傳語言，更重要的是，它和之前的DNA一樣，都能正常存儲和轉錄信息。

在《科學》雜誌上，一篇2月22日發表的文章顯示，以美國阿拉楚瓦應用分子進化基金會的創始人班納(Steven Benner)為首的研究小組證明了他們之前的理論，即擴展的基因字母表同樣可以構成生命。

這有什麼意義呢?

斯克里普斯研究所化學生物學家羅默斯伯格(Floyd Romesberg)回答道：「這項研究證明，地球生命進化出的這4種化學物質，其實並沒有什麼特別的「魔力」或特殊之處。這是概念上的突破。」

「這是一座真正的里程碑!」

介紹一下，根據千百年來總結出的知識體系，人們普遍認為，當一對DNA鏈以雙螺旋的形式纏繞在一起時，每條DNA鏈上的化學物質成對分布——A和T成鍵，C和G成鍵——構成鹼基對。

伴隨著基因科學的進步，數十年來，相關領域的一個熱點方向，就是在遺傳「密碼」中加入更多的鹼基。例如，本次研究的領導人班納，也是在上世紀80年代首次創造了「非自然」鹼基的人;羅默斯伯格實驗室在活體細胞中植入一對非自然的鹼基，也成為2014年醫學界的頭條新聞。

這次研究再進一步，系統性地證明了，非自然鹼基也能自然互補，相互識別和結合，並最終形成穩定的雙螺旋結構。

其實這是很合理的，DNA字母之所以能夠配對，要歸功於它們的氫鍵：每一個字母都包含氫原子，氫原子被相對應的氮或氧原子所吸引。直觀地說，你可以將它看成樂高積木，當積木的凸粒嵌入另一塊積木的凹槽時，2塊積木就能穩定結合。

因此，理論上說，只要用不同的凸粒嵌入不同的凹槽，就能產生組成DNA的新化學物質，事實也確實如此。研究小組將本次研究發現的4種新化學物質分別命名為S、B、P、Z，然後給8種化學物質取了新的統稱「hachimoji」，翻譯成日語就是「8個字母」的意思。

這些新鹼基在形狀上其實與4種天然鹼基相似，區別在於結合模式的不同。在新發表的研究報告中，研究團隊敘述了將這4種合成鹼基與天然鹼基結合的方法，這裡不一一說明，只介紹一下相關過程。

作為一個信息存儲系統，DNA必須遵循可預測的規則。因此該團隊必須首先證明，合成鹼基要和普通鹼基一樣，可以有規律地穩定結對。為此，他們創造了數百個合成DNA分子，發現這些字母確實可以根據一定規律結合在一起。

緊接著，他們發現，無論合成鹼基的排列順序如何，雙螺旋結構都保持穩定。這一點非常重要，因為生命要穩定進化，就必須保證DNA序列在不破壞整個結構的情況下進行調整。研究小組利用x射線衍射，發現有3種不同的合成DNA序列可以在結晶時保持結構不變。

英國合成生物學家霍利格(Philipp Holliger)稱，相較於之前擴展DNA字母的方法，這項研究取得了重大的進步。早前，科學家大多是利用疏水分子合成新的鹼基。但是，這些字母雖然可以間隔放置在自然字母之間，但是沒辦法讓它們排列在一起，DNA結構會自然分解。

最後，研究小組證明，合成的DNA可以如常轉錄成RNA，這是將遺傳信息轉化為蛋白質的關鍵步驟，而蛋白質是生命的支柱。「存儲信息能力不是生物基因進化的全部，」班納稱，「要形成生物，你還要把這些信息轉化成分子。」

班納表示，這項工作表明，儘管地球上的生物DNA都是基於已知4種鹼基，但生命是有可能通過其他鹼基產生的。也就是說，人類可能可以用新的標準，在宇宙之間尋找生命特徵。

在其他方面，尋找新的DNA字母也可以起到實際作用。

比如，隨著基因構建塊的多樣化，科學家們有可能創造出比4個標準字母更好的RNA或DNA序列，甚至讓基因具備存儲信息以外的更多功能。班納團隊先前就發現了，包含Z和P的DNA鏈條在與癌細胞結合方面比傳統DNA更好。根據這一結論，班納還成立了一家公司，專門研究將人造DNA商業化用於醫學診斷。

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