http://www.sciencehuman.com 科学人 网站 2014-05-10
新浪科技讯 北京时间5月9日消息，据《自然》杂志网站报道，数十亿年来，地球上所有的生命都是以简单的A，T，C和G来书写的。它们构成DNA的结构，存在于所有的生命体内。而现在，这份字母清单可能要延长一些了。研究人员表示他们创建了一个具有生命的人工细胞，其中含有两类“外来”的DNA构件。
很多科学家将这项成果视作重大突破，是通向合成特殊细胞的重要一步——这样的细胞将可以产生药物或是其他有用的分子物质。甚至它还开启了这样一种可能性，那就是有朝一日我们将不必再借助现有的4个DNA组件便能人工构建一个细胞体。
弗洛伊德·罗姆斯贝格(Floyd Romesberg)来自美国加州拉约拉的斯克里普斯研究所，也是这项持续了15年研究工作的领导人。他表示：“我们现在所得到的是一个活的细胞，其中储存着遗传信息。”他们的研究论文发表在了今天出版的《自然》杂志上。
DNA是双螺旋结构。它的每一条链条都是以一条糖分子链作为主干，并在其上连接一些次级结构，如化学碱基对形成的。一共存在4种不同的碱基：腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)、胸腺嘧啶(T)。这些不同的字母都代表了组成蛋白质的氨基酸不同的编码方式。碱基将两条DNA链条连接在一起，其中A总是与对面链条上的T相连接，而C则与G对应。
试管中的字母
科学家们从上世纪1960年代开始便开始思考这样的问题：使用其他的化学组合方式，是否同样可以实现对信息的存储？但一直到1989年才由瑞士联邦理工大学的史蒂芬·贝纳(Steven Benner)和他的研究团队首次成功地将经过改造的胞嘧啶(C)以及胸腺嘧啶(T)植入DNA之中。在试管中进行的反应测试中，带有这些被贝纳教授称之为“有趣字母”的DNA链条成功地进行了自我复制并产生RNA和蛋白质。
而根据贝纳的说法，此次罗姆斯贝格研究组得到的碱基则改动更大，与自然界的4大天然碱基成分之间的差异更为显著。在一篇2008年发表的文章以及在后续进行的实验中，该研究组报告了在60种候选碱基中进行配对努力，并尝试了超过3600种组合方式。在这一过程中他们识别出一个碱基对，分别被称作“d5SICS”以及“dNaM”，这一碱基对看上去比较有希望能够成功。其中关键的一点是这些分子本身必须与催化酶机制相匹配，后者的任务是帮助进行DNA复制和解译。
丹尼斯·马莱谢夫(Denis Malyshev)是一位此前毕业于罗姆斯贝格实验室的学生，也是这篇最新研究论文的第一作者。他表示：“我们那时甚至根本就没有想过我们竟然最终会创造一个植入这种碱基对的细胞体。”通过试管实验，研究组成功地让他们研制的经改造的碱基对实现复制并产生RNA。这需要使他们制作的碱基能够被酶所识别，而这些酶此前只能识别A，T，C和G。
制造一种人造生命体面临的第一项挑战便是让细胞接受外来的碱基，使它们可以在多次的细胞分裂过程中维持DNA分子，在这一过程中DNA会被复制。研究组对大肠杆菌进行改造，使其能够表达一个来自硅藻的基因，后者是一种单细胞的藻类。这种表达过程的结果是得到一种蛋白质，其可以允许分子透过大肠杆菌的外膜。
研究组制作了一小段的DNA，称作质粒，其中包含一对外来的碱基对，并将其注入大肠杆菌。随着硅藻的蛋白质为外来的核苷酸供应养分，这一质粒成功实现了自我复制，并在接下来近一周的时间里在大肠杆菌不断的分裂中将自身复制到了新分裂产生的个体之中。而当来自蛋白质的养分供应最终耗尽时，大肠杆菌便重新用天然的组分替换掉了此前注入的外来成分。
外来控制
马莱谢夫将控制外来DNA被吸收的能力作为一旦这些人造细胞泄漏到实验室外之时的一种安全手段。但其他研究人员，包括贝纳，都在致力于对细胞进行改造，使其能够直接产生某些外来的碱基，从而直接免掉培养的过程。
罗姆斯贝格的研究组目前正尝试让外来的DNA能够去编码蛋白质，而不是去解码那20种共同构成自然界所有蛋白质的氨基酸。氨基酸是由三个DNA碱基构成的密码子实现编码，因此额外添加的两个外来DNA“字母”将会极大地提升细胞对新的氨基酸进行编码的能力。罗姆斯贝格表示：“如果一本书只能用4个字母来写，你就很难叙述一些有趣的故事。而如果允许你使用更多的字母，你就能发明新的单词，找到使用这些单词的新方法，或许你就能讲述更为有趣的故事。”
这项技术具有哪些潜在的应用前景呢？首先，我们可以将有毒的氨基酸植入蛋白质，从而确保它只会攻击兵杀死癌细胞。另外，这项技术还可以被应用于荧光氨基酸，从而帮助科学家们在显微镜下追踪生物反应的进行。罗姆斯贝格的研究组目前已经找到一家位于加州圣迭戈的名为“Synthorx ”的公司，试图实现这项工作的商业化。
罗斯·泰尔(Ross Thyer)是来自德州大学奥斯丁分校的合成生物学家，也是相关论文的合著者。他表示：“是扩展我们能力的一次飞跃。”现在存在这样的可能性，那就是赋予外来DNA编码新型氨基酸的能力。
贝纳表示：“在学界很多人认为罗姆斯贝格的结果是不可能实现的。”之所以如此，是因为涉及DNA，如复制过程的化学反应都必须极度注意避免突变的发生。
改造过的大肠杆菌中含有数百万的DNA碱基对，其中只有一对是外来的。但贝纳认为没有理由认为未来制造出完全由外来基因构建的细胞是不可能的。他表示：“我不认为这里存在界限。如果你回到过去，重复40亿年的演化历史，你会得到一个完全不同的遗传体系。”
但要想制造一个完全的合成生命体将是一个巨大的挑战。罗姆斯贝格表示：“很多时候人们会说你将会制造出一个完全由非自然的DNA合成的生命体。”他说：“但那并不会发生，因为存在太多能重新组织DNA的因素了，它融合在细胞生命的方方面面之中。”(晨风)
[新浪网]