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研究首次通过化学合成镜像聚合酶实现了中心法则中DNA的复制与转录这两个关键步骤。Nature在线新闻同步报道并评述了该研究。

　　

2016年5月16日，清华大学大学生命学院朱听课题组与化学系刘磊课题组合作在Nature Chemistry杂志在线发表了题为 “A synthetic molecular system capable of mirror-image genetic replication and transcription”《合成镜像生物分子系统实现遗传信息复制与转录》的论文。该论文首次通过化学合成镜像聚合酶实现了中心法则中DNA的复制与转录这两个关键步骤。Nature在线新闻同步报道并评述了该研究。

原文链接：http://www.nature.com/nchem/journal/vaop/ncurrent/full/nchem.2517.html

Nature新闻链接：http://www.nature.com/news/mirror-image-enzyme-copies-looking-glass-dna-1.19918

地球上已知所有生物都具有手性均一的特征，即构成生命的蛋白质几乎均由L型氨基酸组成，而DNA和RNA均由D型核糖组成；迄今为止还没有证据表明反手性生命系统在进化中曾经出现过。生命学院朱听课题组与化学系刘磊课题组合作，用化学合成方法构建了基于镜像ASFV pol X聚合酶的遗传信息复制与转录系统。该研究结果表明镜像DNA的复制与转录同样遵循碱基互补配对原则，并具有良好的手性特异性。由该镜像分子系统聚合得到的镜像DNA核酶实现了与天然DNA核酶相同的自剪切功能。该研究有望被用来聚合实用反手性核酸大分子，同时也向实现构建镜像生命系统迈出了重要的一步。

朱听课题组致力于合成生物学、基因组学研究。本文第一作者为生命学院2013级硕士研究生王子谋和化学系博士后徐维亮，通讯作者为生命学院朱听研究员和化学系刘磊教授。本课题得到国家自然科学基金委、科技部、清华大学自主科研计划、清华-北大生命科学联合中心、感染性疾病诊治协同创新中心的经费支持。

图1：合成镜像遗传信息复制与转录系统示意图

原文摘要：

A synthetic molecular system capable of mirror-image genetic replication and transcription

The overwhelmingly homochiral nature of life has left a puzzle as to whether mirror-image biological systems based on a chirally inverted version of molecular machinery could also have existed. Here we report that two key steps in the central dogma of molecular biology, the template-directed polymerization of DNA and transcription into RNA, can be catalysed by a chemically synthesized D-amino acid polymerase on an L-DNA template. We also show that two chirally mirrored versions of the 174-residue African swine fever virus polymerase X could operate in a racemic mixture without significant enantiomeric cross-inhibition to the activity of each other. Furthermore, we demonstrate that a functionally active L-DNAzyme could be enzymatically produced using the D-amino acid polymerase. The establishment of such molecular systems with an opposite handedness highlights the potential to exploit enzymatically produced mirror-image biomolecules as research and therapeutic tools.