專家首次為大腸桿菌植入人工堿基對

近日公布的一項合成生物學研究顯示，科學家首次將人工合成堿基對插入大腸桿菌的DNA(脫氧核糖核酸)中，且并未影響其生長和復制過程。這一成果向利用合成技術“訂制”特定生物組織邁進一步。

遺傳物質DNA由兩條很長的糖鏈結構形成骨架，通過堿基對的結合形成穩定的螺旋結構。自然界的生命多姿多彩，最基本的堿基對卻只有兩種：腺嘌呤-胸腺嘧啶(A-T)和胞嘧啶-鳥嘌呤(C-G)。但美國研究人員構建出一種自然界不存在的生物體，它穩定包含一種代號為“X-Y”的人工堿基對。

美國斯克里普斯研究所等機構研究人員介紹說，將人工合成堿基對植入活體生物細胞需要克服諸多困難，比如人工堿基對需要與天然堿基對融合以保持DNA結構穩定。此外，DNA在自我復制及轉錄為RNA的過程中，人工堿基對必須能在拉鏈樣結構的DNA鏈中成功地“分分合合”，還要避免被DNA修復機制當作“外來者”而清除掉。

在最新研究中，研究人員合成了一段包含天然堿基對和人工堿基對的DNA，將其插入大腸桿菌細胞中。研究的突破之一是發現了一種特殊的轉運分子，這種由一種微藻生成的三磷酸轉運蛋白，能夠運輸人造堿基對進入細胞。結果顯示，DNA能以適當的速度和準確度進行復制，被改造的大腸桿菌細胞仍繼續生長，人工堿基對也沒有被去除。

研究負責人、斯克里普斯研究所的羅姆斯伯格介紹說，雖然此次研究中的人工堿基對還不能參與制造新型蛋白質，但從理論上說，引入X-Y堿基對可將構成蛋白質的氨基酸提升到172種，而目前生物體內的蛋白質是由20種基本氨基酸構成的。

研究人員還強調說，公眾不必擔心這種自然界不存在的大腸桿菌逃出實驗室及其可能造成的危害，因為人工合成堿基對在實驗室外無法復制，它們進入細胞必須借助特殊的轉運蛋白。合成生物學近年來的一大研究焦點就是通過化學手段合成人工堿基對，在其中加入特定的遺傳信息，希望最終能制造出具有特定功能的蛋白質乃至生物組織，用于生物醫療等領域。