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科学家发现一特殊DNA合成机制

对生命起源、物种进化、系统生物学研究有重要理论意义
2021-05-11 09:45:10 来源:健康报
    记者李哲 通讯员赵晖近日从天津大学获悉,该院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惠民教授等研究团队,解析了一种特殊DNA的合成机制,并发现遍布全球的噬菌体都含有这种DNA。这项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。论文日前在国际顶级学术期刊《科学》上刊发。天津大学为本项研究成果的第一完成单位。

    DNA是生命体的遗传物质,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四种碱基组成的DNA序列中。DNA四种碱基互补作用的双螺旋结构1953年由科学家揭示,构成生命中心法则的基础。目前唯一的例外是1977年前苏联科学家在感染蓝细菌的一株噬菌体中发现由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3个氢键,极大地改变了DNA的物理化学特征,然而这类特殊DNA的合成机制及普遍性一直未解。

    此次,中国科学家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。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。该团队利用酶水解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,并用最新一代的纳米孔DNA测序技术,对结果进行了进一步验证。

    据张雁介绍,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。噬菌体是细菌的天敌,细菌的防御机制无法识别这种特殊DNA,使得装备这类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具有广阔前景。

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