Nature子刊：细胞如何“解读”基因配方中的人工成分

时间：2021-06-21 00:00:00 来源：网络整理

如果基因组是生命的配方，那么碱基对就是列出的各个成分。这些化学结构形成了DNA，而地球上的每个生物只有四个DNA。这四种碱基对——A、T、C、G——的具体排列决定了我们是什么样的人。

因此，当斯克里普斯研究中心(Scripps Research)的科学家们在2014年宣布，他们可以在实验室的活细菌的遗传密码中引入两组新的非自然碱基对(他们简称为X和Y)时，人们感到十分惊讶。这就像是把两种从未见过的食材扔进食谱里，假设扩大了一个细胞可以做出的菜肴的种类。

研究人员立即看到了潜在的应用:有了更多的控制和选择，他们可能可以把细胞当作小厨房来烹饪新的药物和疫苗。但是，仅仅因为基因配方中有更多字母并不意味着细胞能读懂它们，或知道如何处理它们，也不意味着它在比细菌更复杂的生物体细胞中起作用。

在2021年6月17日发表在《自然化学生物学》杂志上的一项研究中，由加州大学圣地亚哥分校斯卡格斯制药和药学学院的研究人员领导的团队帮助解决了这些障碍。

该团队透露，酵母细胞的机器可以像A、C、T和G一样，无缝地“读取”非自然的X和Y成分，并将它们翻译成RNA, RNA最终可以翻译成蛋白质，这是细胞几乎所有部分的基础。与细菌不同，酵母是真核生物，与动物、植物和真菌属于同一多细胞生物类别。(关于安全注意:如果没有实验室提供的特殊液体食物，这些合成细胞无法存活。)

Skaggs药学院教授、资深作者王东博士说:“现在我们可以确切地看到真核细胞机制是如何与非自然碱基对相互作用的，但它不是完美的，在选择性和效率方面还有改进的空间。”“我们希望这一发现能对该领域产生深远影响，从而设计出更有效的下一代非自然碱基对。”

王的实验室长期以来一直在研究RNA聚合酶II，这是一种在每一种真菌、植物和动物细胞中都存在的必需酶。RNA pol II读取DNA配方，并帮助将遗传密码转化为信使RNA。(然后信使rna将遗传配方带出细胞核进入细胞质，在细胞质中被翻译并按照指示组装蛋白质。)在过去，该团队研究了RNA pol II的结构，以及它是如何应对正常的基因缺陷的，比如辐射引起的DNA损伤。

在他们最新的研究中，Wang的团队第一次一步一步地揭示了真核RNA pol II在转录DNA片段时拾取并合并非自然碱基对时的结构。例如，在这样做的过程中，他们发现RNA pol II具有选择性——它可以结合双链DNA基因组的一条链上的X或Y，但不能结合另一条链。

王教授同时也是加州大学圣地亚哥分校医学院和化学与生物化学系的教授，他说:“我们现在拥有的是RNA pol II对什么是和什么不是很了解的独特视角。”“这一知识对我们设计新的非自然碱基对很重要，可以被宿主RNA聚合酶使用。”

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Juntaek Oh, Ji Shin, Wei Wang, Liang Xu, Jun Xu, Jenny Chong, UC San Diego; Ilona Christy Unarta, Xuhui Huang, Hong Kong University of Science and Technology; Aaron W. Feldman, Rebekah J. Karadeema, Ramanarayanan Krishnamurthy, Scripps Research; Floyd E. Romesberg, Synthorx.

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