生物學家突破生命法則，創造了8鹼基的DNA

1953年,生物學家詹姆斯.沃森(James Dewey Watson)等人提出和描述了脫氧核糖核酸(即「DNA」)的結構——它由一對多核苷酸鏈圍繞著一個共同的中心軸盤繞而形成的——他們的這一發現與相對論、量子力學並稱為「20世紀最重要的三大科學發現」。生命個體是一個複雜和龐大的化學系統,其存續和演化的基礎就是DNA,DNA以4種鹼基(即腺嘌呤、鳥嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶)的排列和組合,完整的記錄和保存了遺傳信息,且以RNA至蛋白的方式進行解碼。

著名的物理學家埃爾文.薛定諤(Erwin Schr?dinger)認為,DNA結構的穩定性源於鹼基大小的適宜性,大小合適的4種鹼基讓DNA構成了「非周期性晶體」(Aperiodic Crystal)。人們隨處可見的大多數物質是周期性晶體構成的,周期性晶體如同一塊接一塊的地板磚,構成了一個沒有生命現象的物理世界,而非周期性晶體可以構成一個千變萬化、妙不可言的生命體世界。不過,4種鹼基並不一定是DNA的基本存在形式,生物學家已經創造出了8種鹼基的DNA。

(DNA)

20世紀末期,南加州大學的分子生物學家麥隆.古德曼(Myron Goodman)一項研究證明,鹼基的大小統一是一個非常重要的條件,而氫鍵並不是必要的,生物學家們受到這一研究的啟發,開始創造鹼基的類似物,且把它們混入雙螺旋、體外核酸鏈和活細胞中等等。2012年,美國斯克利普斯研究所的合成生物學家弗洛伊德.羅梅斯伯格(Floyd Romesberg)在鹼基的兩種組合方式(即「腺嘌呤A-胸腺嘧啶T」、「鳥嘌呤G-胞嘧啶C」)基礎上,創造了第三種鹼基的組合,即「5SICS-NaM」,這一新鹼基組合加入DNA之後,DNA的效率和保真性達到了99.9%。

兩年後,弗洛伊德.羅梅斯伯格把「5SICS-NaM」導入了大腸桿菌中,結果出人意料,大腸桿菌對「5SICS-NaM」並不排斥,反而把「5SICS-NaM」當成了DNA組件,完成雙螺旋的建構。此後,弗洛伊德.羅梅斯伯格簡化了「5SICS-NaM」的名稱,命名為「X-Y鹼基」,這一「X-Y鹼基」使得細胞可以合成更多的氨基酸,其數目從20種飆升至172種。

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弗洛伊德.羅梅斯伯格創造了「X-Y鹼基」、以及6鹼基系統之後,生物學家史蒂文.本納(Steven Benner)不吝溢美,稱讚弗洛伊德.羅梅斯伯格取得了巨大的成就,甚至是「更新了自然的法則」。6鹼基系統利用氫鍵進行雙鏈連接之後,DNA照樣可以完整的進行複製,這讓史蒂文.本納十分驚訝和好奇,他想到了一個問題,即DNA雙螺旋的分子極限在哪裡?若是創造了8鹼基系統,DNA還能不能維持「非周期性晶體」的結構呢?

5年後,史蒂文.本納與多個機構合作,終於創造出了8鹼基系統,即「hachimoji DNA」(日語中,羅馬音「hachi」代表數字8,「moji」代表符號)他把新增的鹼基命名為「Z-P鹼基」和「S-B鹼基」,它們與天然的鹼基一樣可以進行一一對應,且利用氫鍵結合。史蒂文.本納開玩笑的說,與荒蕪的外星相比,「地外生命」更可能誕生於地球的實驗室中,不過,「hachimoji DNA」尚不是「地外生命」,它不能完成自我延續,一旦離開實驗室的培養環境,「hachimoji DNA」就無法生存。

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小考題:你認為生物學家們會不會在實驗室里創造出什麼「怪物」?歡迎你留言討論。

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