DNA 2.0 。通過在DNA的A—T(腺嘌呤—胸腺嘧啶)和G—C(鳥嘌呤—胞嘧啶)堿基對中，添加一個X—Y新堿基對，研究人員將可使生物體用像172個那樣多的氨基酸構(gòu)建成蛋白質(zhì)。
圖的上部為原來的天然DNA、RNA和可由20個氨基酸構(gòu)成蛋白質(zhì)；下部為擴展的DNA、擴展的RNA和可由172個氨基酸構(gòu)成蛋白質(zhì)。U=尿嘧啶，Nucleotides=核苷酸，base pairs =堿基對。
從細菌到籃球運動員，所有像我們知道的生命，它們都用兩對DNA字母編碼遺傳信息。不再像以前一樣了。現(xiàn)在，連同DNA螺旋結(jié)構(gòu)的兩個天然堿基對——A與T綁在一起，以及G和C 綁在一起——加州實驗室中生長的一種細菌能夠一起整合和復(fù)制第三個人造的字母對。目前，這種人造的堿基——稱它們?yōu)閄和Y——它們不編碼任何的東西，不像天然的DNA堿基對，能以不同代碼組合20種不同的氨基酸來組成蛋白質(zhì)。而新近擴展的遺傳密碼為合成生物學打開了能夠自己構(gòu)建多達由172個不同天然或人造的氨基酸組成蛋白質(zhì)的大門——一種對藥物和材料開發(fā)具有潛在利益的技術(shù)。
不參與論文報告在本周出版的《自然》雜志中這一研究的得克薩斯大學奧斯汀分校的分子生物學家羅斯·泰愛爾(Ross Thyer)說：“這是了不起的一種賦能技術(shù)。”這種了不起的壯舉，開創(chuàng)了一條新蛋白質(zhì)體系的道路，而且，也給予研究人員研究DNA如何進化、以及為什么所有的生命都限制在只有5種堿基的范圍內(nèi)(RNA中的T被替換為U)。
創(chuàng)建合成的超級細菌，聽起來是不吉利的。但是位于加州的斯坦福大學生物化學家埃里克·庫爾(Eric Kool)說：“這些生物不能在實驗室外生存。”事實上，它們甚至不能構(gòu)建X和Y(更正式地稱謂是d5SICS和dNaM)自身：研究人員合成這些堿基，并把它們飼喂給一種細菌。庫爾說，比現(xiàn)有的基因工程來說，“我個人認為，修飾DNA是一種更少危險的方法。”
幾十年來，合成生物學家一直嘗試著擴展生命的遺傳字碼，并已研制出了少數(shù)另類的遺傳字碼。有幾個團隊，其中包括一個由位于加州圣迭戈的斯克里普斯研究所的生物化學家弗洛伊德·羅姆斯伯格(Floyd Romesberg)領(lǐng)導的，甚至設(shè)法得到了稱為DNA聚合酶的DNA復(fù)制蛋白，復(fù)制了整合進另類遺傳字碼的DNA鏈。但這不是在活細胞內(nèi)而是在試管中完成的。
通過活菌的復(fù)制來改變DNA，完全是另類的挑戰(zhàn)。這種細菌，或者將需要自己合成新的遺傳字碼，或者將從周圍的培養(yǎng)基中導入它們。羅姆斯伯格和他的同事們，在藻類中發(fā)現(xiàn)了一種蛋白質(zhì)，它能抓住核苷酸堿基，并把其拉進細胞內(nèi)。他們把轉(zhuǎn)運蛋白基因剪接到大腸桿菌內(nèi)，并發(fā)現(xiàn)它能夠使大腸桿菌也把預(yù)先合成的X和Y堿基對拖拉進大腸桿菌體內(nèi)。他們還使大腸桿菌實現(xiàn)了工程化，使其懷藏攜帶稱為DNA小環(huán)的X—Y堿基對質(zhì)粒。當細菌復(fù)制這種質(zhì)粒時，它們就用新導入的X—Y堿基對——現(xiàn)在，這種工程細菌正像它們天然的堂兄弟一樣良好地生長。
羅姆斯伯格說，下一步他希望用自己擴展的遺傳字碼來創(chuàng)建專門設(shè)計的蛋白質(zhì)。斯克里普的生物化學家彼得·舒爾茨(Peter Schultz)等人，已經(jīng)用工程菌來構(gòu)建超過20個標準氨基酸的達數(shù)十個氨基酸的蛋白質(zhì)。但是，這些實驗是用天然DNA來編碼非天然的氨基酸。泰愛爾說，而這種新近擴展的遺傳字碼，將產(chǎn)生具有各種新化學功能的龐大的更加多樣化的蛋白質(zhì)種類，例如，能夠在人體內(nèi)更好存在的藥品和組裝蛋白質(zhì)的基礎(chǔ)材料。羅姆斯伯格說 ，攻占蛋白質(zhì)新領(lǐng)域的戰(zhàn)斗已在進行之中。
