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Science奇怪的表兄弟DNARNA与

2018-12-06 23:24:00

Science奇怪的表兄弟:DNA,RNA与XDA

生物通报道:生物机体的生存依赖于其体内的一对信息载体分子:DNA和RNA,这两个基础化学形式构成了生命必需的两大功能——呈现遗传学,即可以编码并传递给后代,第二是随着进化发生适应性改变。这一领域一个长期存在的争论就是这种遗传性和进化性,是否能由除了DNA和RNA以外的分子来操作。

来自英国医学研究理事会(MRC),美国亚利桑那州大学等处的研究人员发表了题为“Synthetic Genetic Polymers Capable of Heredity and Evolution”的文章,集合多学科力量,延伸了之前的概念,合成了一种称为Xenonucleic acids(XNA)的新型多聚物。相关成果公布在Science杂志上。

这项研究首次证明这六种非自然核酸聚合物能与DNA分享信息,能以DNA工作的方式来储存和复制信息,也可在实验室的条件下以一种类似于演化的过程变化。

所有的DNA都是由4种核苷酸碱基组成的(常常被称作A、G、C 和 T),它们是沿着一个由糖和磷酸基团组成的主干排列的。在这篇文章中,研究人员描述了合成的、核酸样的XNA分子的定向演化,这种分子中的天然糖成分被6种替代物中的1种所取代。

所有这些XNA分子都与互补的RNA和DNA相结合。研究人员还设计了可从一个DNA模板来合成XNA的多聚酶,而其他的多聚酶可反向将XNA转录到DNA。这一系统使得由XNA编码的信息得到复制,而这正是遗传的基础。

除此之外,研究人员还将这些多聚物中的一种叫做HNA的多聚物置于类似于自然选择的实验室条件的影响。 正如人们预测DNA在这些条件下会发生的情况那样,该HNA演化成为一种紧密且明确地与特定标靶结合的形式。

在同期Science另外一篇评论性文章:中,Gerald Joyce认为这项研究预示着合成遗传学时代的来临,并对外空生物学、生物技术以及对生命本身的理解都有意义。XNA的合成生物学研究可能永远无法赶上那些涉及到RNA的研究,因为RNA的准备较为容易并且有更多的用于对其分析的工具。不过,Gerald Joyce也指出,XNA分子不受那些降解DNA和RNA的天然酶的影响,因此它可能在材料科学、分子诊断学和治疗学上有不同的潜在应用。他还警告说,合成生物制剂必需受到控制以避免踏入可能会潜在损害我们生物学机制的领域。

文章的通讯作者是Philipp Holliger,这一研究组曾于去年设计了一种RNA合成酶,这种酶能组装合成多达约95个核苷酸长度的RNA,这对于揭开RNA世界的奥秘具有重要意义。这一研究成果同样公布在Science杂志上。

(生物通:万纹)

原文摘要:

Synthetic Genetic Polymers Capable of Heredity and Evolution

Genetic information storage and processing rely on just two polymers, DNA and RNA, yet whether their role reflects evolutionary history or fundamental functional constraints is currently unknown. With the use of polymerase evolution and design, we show that genetic information can be stored in and recovered from six alternative genetic polymers based on simple nucleic acid architectures not found in nature [xeno-nucleic acids (XNAs)]. We also select XNA aptamers, which bind their targets with high affinity and specificity, demonstrating that beyond heredity, specific XNAs have the capacity for Darwinian evolution and folding into defined structures. Thus, heredity and evolution, two hallmarks of life, are not limited to DNA and RNA but are likely to be emergent properties of polymers capable of information storage.

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