Sciences十大科学突破：DNA碱基对“X-Y”

　　生物通报道：等不到最后一周的圣诞节，Science杂志迫不及待的公布了2014年的十大科学突破，今年十大科学突破之首是罗塞塔飞船及其在彗星着陆的成果，此外还有包括β细胞，操控记忆，年轻血液抗衰老以及合成细菌等成果。

其中生物类最受关注的就是生命遗传字母扩充的成果：今年5月，来自斯克里普斯研究所(TSRI)的科学家们构建出了一种细菌，其遗传物质中加入了自然中不存在的DNA碱基对。也就是说，只要供给分子构件，这一独特细菌的细胞可以几乎正常地复制这些非天然的DNA碱基。

这一成果令人激动，原本我们所知的是遗传物质DNA由两条很长的糖链结构形成骨架，通过碱基对的结合形成稳定的螺旋结构。自然界的生命多姿多彩，最基本的碱基对却只有两种：腺嘌呤－胸腺嘧啶（A－T）和胞嘧啶－鸟嘌呤（C－G）。

但在这项研究中研究人员构建出了一种大肠杆菌，它除了有正常的G、T、C和A等核酸外，还含有另外两种核酸——X 和 Y。这种合成细菌无法在实验室外繁殖，但它们可被用来制造具有“非自然”氨基酸的设计蛋白。

在此之前，全球的科学家们曾经在试管中设计构建过几对“非自然”的碱基对，这些碱基对也能被用于DNA双螺旋中，而且研究人员还曾通过DNA聚合酶复制过这些碱基对，然而他们都没有能在活体中实现“非自然”碱基对的复制。

今年合成生物学终于做到了这一点，研究人员在大肠杆菌中完成了这项工作：首先合成出了一段称之为质粒的环状DNA，将它插入到大肠杆菌细胞中。这一质粒DNA中包含了天然的T-A和C-G碱基对，以及Romesberg实验室发现的、表现最好的非天然碱基对，构成的两个分子称作为d5SICS和dNaM。

然后为了让大肠杆菌复制出包含这些非天然碱基的DNA，研究人员必须人为供给分子构件，将它们添加到细胞外的液体溶液中。为了让这些称作为三磷酸核苷的构件进入细胞，他们不得不寻找一些特殊的三磷酸转运分子来完成这一工作。最终，研究人员找到了由一种微藻生成的三磷酸转运蛋白，其能够极好地运输非天然的三磷酸核苷。

除此之外，今年在合成生物学领域也获得其它重要的成果，如英国医学研究委员会MRC的科学家们生成了世界上第一个由人工遗传物质制成的酶。他们的合成酶，是由自然界中不会产生的分子制成，能够在实验室引发化学反应。

该研究小组用实验室自制的XNAs作为构建模块，制备了“XNAzymes”，它能引发简单的反应，例如切割或缝合小片段RNA，就像天然酶一样。这些结果基于MRC分子生物学实验室以前的工作，他们生成了称为“XNAs”的合成分子，这些分子能够以类似DNA的方式储存和传递遗传物质。（Nature：科学家生成世界首个人工酶）

还有遗传学家Ronald Davis合成了第一个酵母功能性染色体，这是合成生物学领域的一项里程碑式成果。

这项成果是在细菌中实现的，组装真核生物基因组在此之前仍然是一个未完成的工作。最新研究建立了一个全功能的染色体，研究人员将其命名为synIII ，并成功地将这一染色体整合进啤酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）。

利用这种技术，研究人员能更快的研发酵母合成菌株，用于制造罕见药物，如治疗疟疾的青蒿素，或生产某些疫苗，如乙肝肝炎。此外合成酵母还能用于生产更有效的生物燃料，如乙醇，丁醇和生物柴油。（Science里程碑式研究成果：首个真核生物染色体合成）

（生物通：万纹）

原文摘要：

Giving life a bigger genetic alphabet

Everywhere on Earth, the genetic code at the heart of living things consists of the same four genetic letters. Everywhere, that is, except in a flask of Escherichia coli bacteria on a lab bench in southern California. There, researchers this year engineered the bacteria to incorporate two additional letters into their genetic alphabet. In addition to the natural nucleotides……