科學家用人工合成DNA創造「全新微生物」：或發明新藥物

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研究人員稱這些經過修改的微生物為科學家提供了」創造擁有全新特徵屬性的微生物「的契機。未來科學家可能會著手研發能夠生產新型蛋白質的微生物，這或許能幫助我們發明新藥物，並取得納米技術的重大突破。

研究人員其實在2014年就培育出了這些微生物，但它們只存活了一段很短的時間。如今該團隊終於找到了使它們保持活力的方法，並且在複製時，它們的合成DNA還能遺傳給下一代。

斯克利普斯研究中心的首席科學家羅梅斯伯格博士（Dr Romesberg）指出：「你的基因組不僅要在一天之內保持穩定不變，在你的一生中都必須如此。如果人工合成的生物要成為真正的生物，就必須使遺傳信息保持穩定不變。」他們還對細菌進行了編輯，清除了所有不含合成DNA的細菌DNA。

不過，有些人對「合成生物學」的快速進步表示擔心，認為新型生物可能會從實驗室中逃逸、造成無法預料的後果。天然的DNA由四個「字母」組成，分別為A（腺嘌呤）、C（胞嘧啶）、G（鳥嘌呤）、和T（胸腺嘧啶）。而DNA的「近親」RNA中還包含另一個「字母」，即U（尿嘧啶）。A、C、G、T兩兩構成「鹼基對」，不同的排列順序決定了不同的生命形式。

「雖然地球上的生命多種多樣，但都由兩種鹼基對構成：A-T與C-G。而我們培育的微生物中還含有第三種、自然界中不存在的鹼基對。」羅梅斯伯格博士說道。這一新型鹼基對由X和Y構成，不存在於自然界中，因此含有該鹼基對的細菌是一種全新的生命形式。

羅梅斯伯格博士表示：「這說明還存在其它儲存遺傳信息的方式，也意味著延伸DNA生物學具有很大的潛力，能幫助我們研發新藥物、或是新型納米技術。」此次研究向活細胞中加入了一種全新的鹼基對，而這一過程在進化史中經歷了十億年之久。

2008年，羅梅斯伯格博士帶領的研究人員團隊成功在試管中複製出了一種自然界中不存在的鹼基對。他們還將這一「半合成」的DNA轉錄成了RNA，向創造新型蛋白質邁出了第一步。但活細胞內部環境十分複雜，實施同樣的步驟面臨著巨大的挑戰。

為解決這一問題，科學家先是將人造鹼基對分子d5SICS（Y）和dNaM（X）加入到細胞外的一種溶劑中。接著，該研究的共同作者約克·張（Yorke Zhang）和布萊恩·萊姆（Brian Lamb）研發了一種名為核苷酸轉運劑（nucleotide transporter）的工具，將它們送到細菌細胞內部。

「這是一次巨大的突破，對我們起到了極大幫助。」共同作者丹尼斯·馬里謝夫博士（Dr Denis Malyshev）表示。研究人員在2014年使用的核苷酸轉運劑對細菌造成了破壞，但他們通過修改解決了這一問題。

他們對人工合成的Y鹼基進行了改良，對它的化學組成做了一些修改，使細胞更易於複製鹼基對。科學家還合成了一些名叫質粒（plasmids）的環狀DNA，將它們嵌入大腸桿菌基因組中。其中含有天然的A-T與C-G鹼基對，還有人工合成的d5SICS-dNaM鹼基對。

雖然這些質粒不屬於細菌本身的染色體DNA，但它們也參與了細胞的複製過程。令研究團隊驚訝的是，這些半合成的質粒並未對大腸桿菌的生長造成嚴重影響，也沒有在複製過程中丟失。

接下來，科學家希望證明細胞中人工合成的DNA也能轉錄成RNA分子，並參與細胞中的蛋白質合成過程。「從理論上來說，我們可以用自然界中不存在的新型氨基酸合成新型蛋白質，這能幫助我們更好地將蛋白質用於治療和診斷中，還能製成擁有特定功能的實驗室試劑。在納米材料等領域，它或許也能一展身手。」

針對此次研究結果，德州大學的羅斯·泰爾（Ross Thyer）和傑瑞德·埃爾夫森（Jared Ellefson）評論道：「如果該技術……也能用於其它鹼基對，那麼DNA鹼基對將遠遠不止三種。」

「這也讓我們深思，為何自然界的生命僅由兩種鹼基對組成？半合成微生物既然能儲存更多遺傳信息，是否能擁有更多的功能、或忍受更嚴酷的環境？」

「科學家試圖擴展遺傳密碼子，對DNA的天然特性勇敢地發起了挑戰。而他們試圖修改DNA的做法也可能會招致人們的批評。」