澳大利亚,新南威尔士州
研究人员展示了一种天然细菌酶如何准确转录含有四个额外遗传字母的DNA
生物科学家一直使用四字母表达DNA（脱氧核糖核酸），这“四个代表字母”指的是组成DNA的四种含氮碱基：
- A — 腺嘌呤（Adenine）
- T — 胸腺嘧啶（Thymine）
- C — 胞嘧啶（Cytosine）
- G — 鸟嘌呤（Guanine）
它们构成DNA遗传信息的“四字母密码”。其中有严格的互补配对关系：A ↔ T
C ↔ G。例如，一段DNA序列：A–T–G–C–C–A–T–G，其互补链就是：T–A–C–G–G–T–A–C。
也正是这四个字母按照不同顺序排列，构成了极其庞大的遗传信息。可以把它理解为：生命的“语言”只有四个字母，却能够编码一个完整的生命体。
生命的基因机制能否读取更大的DNA？加州大学圣地亚哥分校的研究人员证明，RNA聚合酶——将DNA指令复制到RNA中的酶——能够准确转录包含八个字母的字母表。
科学家们一直在开发额外的遗传字母，以赋予工程化生物系统更广泛的可能性，包括制造自然界中不存在的化合物。早期研究利用扩展字母表制造合成DNA分子，能够识别肝癌细胞。在这些基础上继续推进，需要理解自然细胞机制如何处理这些陌生字母。
新的基因字母，熟悉的识别信号
加州大学圣地亚哥分校团队研究了大肠杆菌（Escherichia coli）中的RNA聚合酶。将DNA复制为RNA是基因表达的第一步，即细胞利用遗传指令的过程。研究人员测试了该酶如何识别两个合成碱基对，这两个碱基对在自然字母表中增加了四个字母。
生化实验验证了酶如何处理这些字母，而高分辨率冷冻电子显微镜则为团队提供了详细的过程视图。研究人员捕捉到了结构快照，展示了RNA聚合酶如何识别合成字母并在RNA生成过程中将其纳入，细节甚至小于单个原子的宽度。
新增的字母通过与酶对天然碱基对相同的生化和结构信号被识别。这有助于解释RNA聚合酶如何利用现有机制准确复制扩展字母表。这种分子理解将支持未来的诊断、治疗以及利用合成遗传信息的生物系统工程化。
识别时没有通常的氢键
团队还研究了缺乏氢键的合成碱基对，而氢键通常帮助将成对的遗传字母连接在一起。在发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上的一项相关研究中，研究人员报告称，RNA聚合酶即使没有这些键，也能识别另一组合成碱基对。
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