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9-13 《自然-方法学》:极端DNA合成独具潜在应用价值

日期:2006-09-13  访问次数:3451


四种同样卑贱的DNA核苷,却导致当今世界形成了如此复杂的生物多样性。虽然这一观点是任何一个生物学专业的学生学习遗传学时最早需要掌握的知识之一,但它仍然让人们感到不可思议。虽然,就我们所知,本来非常稳定和高效的遗传编码在过去是不断演化的,但几个非常优秀的研究小组已经逐步发现,并不仅仅只有这四种碱基能够储藏遗传信息,对于可以复制的信息种类也没有一个强烈而持久的限制。

美国斯坦福大学的Eric Kool实验室在这一创新性领域是处于领先地位的,他们的目标是创立一种人工基因系统。为此,Kool及其同事近来开始研究这样的一个问题:更大的一些DNA碱基能否替代它们的天然“同类”并仍然能组装成含有特定序列的螺旋。DNA碱基之间的距离可保持在2.4 ,被他人已经做出的这一研究结果所鼓舞,Kool和博士后学生Alex Lee在近期的一篇研究报告中指出,包含有“双倍”嘧啶碱基距离(4.8 )的DNA链,能自我组装成相对稳定的螺旋。

Lee和Kool通过在糖分子和核苷酸分子之间插入一个4.8 宽的萘半球,从而合成了这个双倍宽的嘧啶(yyC)和胸苷(yyT)。这样进行的插入行为仅仅是为了糖分子骨架和碱基的氢键形成能力都不会发生实质性的改变。非常明确的是,这些双倍宽的碱基具有内在的荧光属性,这样就可以在各种成像试验中对它们进行应用。

为了检验yyC和yyT能否被整合入DNA螺旋,Lee和Kool准备了几条DNA链,它们要么是包含有yyC、yyT、鸟嘌呤和腺嘌呤的混合物,要么仅仅包含有yyC和yyT,使用它们的目的是要完整地合成出只含有鸟嘌呤和腺嘌呤的链。他们运用几种方法对螺旋性进行检验,包括紫外监测热融合试验、圆二色性技术和荧光共振能量转移试验。当放置于天然的DNA中时,yyC和yyT会适度地对螺旋缺少稳定性,但是,当这些链包含有全部双倍宽的配对时,它们确实形成了螺旋。“形成了螺旋确实令人感到有点惊奇!”Kool说。“我们认为,这些双倍宽的碱基的超强堆砌,抵消了将糖分子磷酸盐骨架调整到更大尺寸时所需付出的代价。”

这几种研究已经揭示,在合成新的DNA碱基对时,分子几何学和分子包装是需要考虑的最重要的事情。“在DNA螺旋组装的过程中,最重要的问题并不是配对的尺寸大小——所有的配对都面临着相同的几何学问题,导致在聚合体中形成一种常规的构造,”Kool解释说。在下一步要合成一种复制系统时,相对大的碱基尺寸可能会引起麻烦,因为要找到或设计出一种愿意接受加宽DNA的聚合酶,它对研究者来说将是一个挑战,但是,对于要设计出一种新的基因系统的目标来说,合成出“极端DNA”无疑是一种独特而且具有潜在用途的方法。



来源:《自然-方法学》2006年9月