科学家破解特殊dna合成机制-j9九游会老哥俱乐部

        近日，天津大学张雁教授联合上海科技大学赵素文教授、美国伊利诺伊大学赵慧敏（音译）教授等，解析了一种特殊dna的合成机制，并发现了这种特殊dna遍布全球，大量能感染细菌的病毒（这种病毒也称为噬菌体）都含有这种dna。

        这项刊发在《科学》上的重大发现，对生命起源、物种进化、系统生物学的研究具有重要理论意义。科技日报记者5月15日采访张雁时获悉，该成果将在超级耐药菌感染的治疗、绿色无抗生素畜牧饲料和食品保存技术开发、新型纳米材料制备、dna信息存贮等领域，展开广阔的应用前景。

        从感染蓝细菌的噬菌体中发现特殊dna

        dna是生命体的主要遗传物质，决定生物的多样性和特征。生命的遗传信息存储在由a、g、c、t这4种碱基组成的dna序列中。1953年，美国生物学家沃森和英国生物物理学家克里克解析了dna的双螺旋结构，发现两条链之间存在特异性的碱基配对。a和t配对形成两个氢键，g和c配对形成三个氢键。4种碱基互补作用的双螺旋结构构成了生命中心法则的基础。

        目前唯一的例外是，1977年，科学家在感染蓝细菌的一株噬菌体中发现了由z、g、c、t组成的dna。这类特殊dna用二氨基嘌呤(z)完全取代正常的腺嘌呤（a），与胸腺嘧啶（t）配对，形成更稳定的三个氢键，极大地改变了dna的物理化学特征。

        44年来，z的合成机制、生物功能和普遍性一直未得到科学解释。

        地球上广泛存在含这类特殊dna的噬菌体

        近日，科学家破解了这个秘密。科研团队找到了催化这一特殊dna合成的多个酶，不仅涉及z的合成，还包括a的消除。研究人员通过噬菌体基因组功能注释和同源序列分析发现，多个噬菌体中存在合成z前体的关键酶purz。研究人员在含purz的基因簇上发现了两个特异的金属依赖的磷酸水解酶，并发现它们是消除a的关键酶。

        通过一系列实验，研究团队还解析了噬菌体z基因组复杂的生物合成途径。在细菌与噬菌体亿万年的博弈中，细菌进化出了许多防御手段，噬菌体则发展出更多绕过细菌防御的策略，其中最广泛的就是修饰自己的dna，用z完全取代正常的a。

        尽管dna测序非常普及，但普通dna测序手段并不能发现z的存在。科研团队利用酶水解dna再进行组分分析的传统方法，证实了地球上广泛存在含这类特殊dna的噬菌体，蓝细菌的这株噬菌体并不是唯一的特例。研究人员还用最新一代的纳米孔dna测序技术，对研究结果进行了验证。

        可在新材料、信息存储等领域实现应用

        “利用发现的特殊dna合成机制，可实现低成本量产含z的dna，并拓展其在新材料制备、信息存储等多方面的应用。”张雁介绍，“我们发现了这种特殊dna的合成机制，能够实现低成本量产。比如人们通过设计dna序列，使其在纳米甚至更小的尺度折叠成各种形状，从而作为新材料具有很好的应用前景，这种特殊dna增加了结构的热稳定性，可以更快、更高效地折叠出特定3d结构的纳米材料。”

        而用dna取代计算机二进制的图片、录像等数据存储，所需空间大幅缩小，据科学推算，几千克的dna就可以存储目前人类所有的数据。新型dna的z碱基还可以使dna信息存储获得加密、分类等功能。

        此外，抗生素滥用引起的超级耐药菌是人类医学面临的重大问题。抗生素在动物饲料以及食品防腐中的滥用也亟须替代。“噬菌体是细菌的天敌，我们发现这种特殊dna不被细菌的防御机制识别。”张雁表示，替代抗生素的噬菌体疗法受到广泛关注，并且在临床上已有使用。装备了这类dna的噬菌体对细菌更具杀伤力，作为广谱性杀菌生物制剂在医药、畜牧养殖、食品防腐等领域的应用将具有广阔前景。