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从生命诞生的那一刻起,所有生物的命运就被四个字母atcg所控制。

40亿年来,没有任何生命能够摆脱上帝创造的这一套自然法则。

今天,奇迹终于发生了。

美国加州斯克里普斯研究所的生物合成牛弗洛伊德·罗默斯伯格教授成功地打破了atcg的束缚。他第一次利用自己在实验室合成的x-y碱基对和相应的氨基酸,成功地创造了一个含有atgcxy6种碱基的全新生命体,这在自然界是不存在的。2017年11月29日,《自然》在线发表了这一重要发现。

这一发现受到高度评价。哈佛大学的生物合成牛乔治·丘奇教授认为,这是“人类探索生命基石的里程碑事件”。《自然》杂志发表的评论甚至认为,罗梅斯伯格教授已经合成了一种“外星人”的dna。

高中生物学告诉我们,组成dna的atgc的四个碱基可以随机排列形成64个不同的包含三个碱基的组合,形成生命的遗传密码,每个密码编码一个相应的氨基酸。

然而,因为一些不同的密码子编码相同的氨基酸,如cgc、cga、cgg和cgt都代表精氨酸。因此,事实上,地球上生命所需的所有蛋白质主要由20种氨基酸组成,无论是细菌还是人类。

正常dna的化学结构

在40亿年的漫长进化过程中,尽管基因不断变异dna以获得更好的生存,但它始终无法摆脱“上帝”的束缚,只能随机组合64个密码子和20个氨基酸来产生新的生命。

尽管基因已经努力工作了40亿年,并且未能摆脱“上帝”的束缚,但这并没有让科学家们对挑战“上帝”定律、创造新的功能性生物体以及实现生物合成领域的终极梦想失去信心。

为了实现这个梦想,最直接的想法是创造一个全新的具有生物活性的人工碱基对。因为,一旦一个新的碱基对可以插入到dna中,dna将由6个碱基组成,理论上可以随机组合形成216个密码子,最终编码172个氨基酸。

我们可以想象,地球上只有64个密码子和20个氨基酸能形成如此多的生命;然后是216个密码子和172个氨基酸,这意味着未来生命形式将有无限的可能性,比如狼獾的出现。

当然,要实现这一终极理想并不那么简单,这需要许多科学家的共同努力。

事实上,早在20世纪70年代,一些学者就试图挑战上帝的法则,扩展遗传密码,但他们从未成功。

直到20多年后,苏黎世瑞士联邦理工学院的化学家史蒂文·班纳领导的团队才首次合成了含有人工修饰的非天然碱基的dna分子。与此同时,这些新的dna分子可以在试管中自我复制,生成rna和蛋白质。这个想法被证明是可行的。然而,在那个时候,这些由人制造的dna分子只在试管中活跃,它们一到达活细胞就被灭活了。

最后,在2014年,罗梅斯伯格教授的实验室实现了质的飞跃。他们成功地将人工合成的碱基植入大肠杆菌的基因组中,并且能够在大肠杆菌中复制和转录自己。然而,这些合成碱基严重阻碍了dna的生长,并很快被细菌清除;同时,这个新的碱基不能指导蛋白质合成。

随后,罗默斯伯格教授系统地修饰了这一对碱基,成功地合成了不能被大肠杆菌拒绝并能在大肠杆菌中长时间存活的人工碱基。然而,尽管结构修饰可以使这些碱基在大肠杆菌中稳定存在,但它们仍然不能指导蛋白质合成。

因为mrna需要核糖体,所以在将mRNA翻译成蛋白质的过程中,trna携带氨基酸和对应于人工碱基的氨基酸。然而,在大肠杆菌中,没有能识别新碱基的trna,所以蛋白质不能合成。

现在,罗梅斯伯格教授终于突破了最后一个障碍。他们成功地创造了一种改进的trna和相应的氨基酸,这种氨基酸可以识别人工碱基,并将合成氨基酸转运到核糖体。在那里,这些氨基酸被整合到大肠杆菌表达的蛋白质中。同时,研究人员还使用了多种检测技术来证明这种蛋白质中含有人工氨基酸。

改进的trna识别密码子

这个实验的成功表明合成碱基对也能存储和提取信息。这意味着人类真的打破了上帝设定的规则,也就是说,所有的生命都是由字母控制的。

也就是说,在未来,人们将能够根据自己的要求操纵和转换遗传信息,而不是局限于字母A、T、G和C..因此,接下来,我们需要仔细考虑我们想要建造什么样的生物。

正如罗梅斯伯格教授所说:“这就像一个孩子跑进糖果店。”在过去的20年里,这个孩子一直痴迷于进入糖果店。突然间,他需要考虑自己想要哪种糖果。”

目前,罗默斯伯格教授自己成立了一家生物技术公司,试图将非天然氨基酸添加到蛋白质中来制造药物。这种方法可用于设计更容易被细胞吸收的药物,或毒性较低或分解较快的药物。

此外,在未发表的研究中,罗默斯伯格教授还表示,他们已经成功地将合成碱基对插入抗生素抗性细菌基因的关键位点,这可以使表达这种碱基对的细菌对青霉素抗生素极其敏感。

来源:搜狐微门户

标题:超越ATCG!科学家首次合成包含六种碱基的生命体

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