四个碱基能构成多少种dna（不止四个天然碱基）

几十亿年前，四个分子(指A、G、C、T四个碱基)旋转跳跃，构成了优雅的DNA双螺旋结构，为我们星球提供了生命密码。但是，这四种分子真的是生命出现的基础吗?或者说，还有其他方法也可以构成我们的遗传密码?

2月20日发表在《科学》(Science)杂志上的一项新研究证明了后一种说法：科学家最近将一种新型DNA塑造成双螺旋结构，发现它也具有生命支持的特性。

如果说天然存在的DNA是一个短篇故事，那么这个合成DNA就有托尔斯泰的小说那么长。

研究人员使用了4个额外的分子(除了G、C、A、T外的另外四个)来制作合成DNA，这样对应的产物就含有一个由8个字母组成的编码，而不是4个字母。随着字母的增加，DNA存储信息的能力更强。在日语中，科学家将这种新的DNA称为“hachimoji”——即“八字母”DNA。之前不同研究小组用六个字母创造出了类似的DNA，这次研究是对其的扩展。

编写遗传密码

天然DNA由四种分子组成，称为含氮碱基，它们彼此配对形成地球上的生命密码：A与T配对;G与C配对。除了这四个天然碱基外，“八字母”DNA包还包括另外四个合成的核苷酸碱基：P、B、Z以及S。

该研究小组由美国各地几个不同的团队组成。研究人员用天然和合成的核苷酸碱基对的不同组合创造了数百个这样的“八字母”双螺旋结构。然后，他们进行了一系列的实验，看看不同的双螺旋结构是否具有支持生命所需的特性。

天然DNA具有其他遗传分子所没有的显著特征：稳定而且可预测。这意味着研究人员可以精确预测其在特定温度和环境下的行为，包括何时会降解。

但事实证明，“八字母”DNA也可以这样。研究人员可以找出一套规则来预测这种DNA在不同温度下的稳定性。

生命的要求

这次发现认为添加四个合成碱基后仍然可以得到“可预测和可设计的遗传密码……是史无前例的。”加州斯克里普斯研究所(Scripps Research)的化学教授弗洛伊德·罗默斯伯格(Floyd Romesberg)说道。他没有参与这项研究，但是他之前发表过关于“六字母”DNA的研究。这篇“里程碑式的论文”确实表明G、C、A和T“并不是唯一的”构成DNA的碱基，罗默斯伯格继续道。

资深作者史蒂文·本纳(Steven Benner)是佛罗里达的应用分子进化基金会的杰出研究员，他同意这个观点。如果在宇宙的其他地方，生命也是由DNA编码的，他们的DNA就不会“和我们在地球上所拥有的完全一样。”本纳说道，“在实验室进行这类实验，以了解(可能存在的)其他结构，这大有裨益。”

但是本纳指出，创造的DNA仅具有储存信息的功能还不够，它还必须能够将这些信息传递给它的“姐妹”RNA，这样RNA就可以指导蛋白质在生物体中完成所有的工作。

考虑到这一点，研究人员开发了一种合成酶(属于蛋白质)来催化促进反应的进行，从而成功地将“八字母”DNA复制到了“八字母”RNA中。此外，他们发现该RNA分子能够折叠成L形，这对于进一步传递信息十分必要。

此外，DNA链必须能够扭成相同的三维结构——即著名的双螺旋结构。

该研究团队创建了三个“八字母”DNA的晶体结构，每个都包括不同的八个碱基对序列。他们发现实际上每个结构都形成了典型的双螺旋结构。

本纳说道，尽管如此，为了让“八字母”DNA支持生命，还要满足第五个要求，即这个DNA需要自我维持或有独立生存的能力。然而，为了防止这种分子成为一种生物危害，有朝一日可能会进入地球上生物的基因组，研究人员决定到此为止，不继续这一步的研究。

不断扩大的字母表

除了一瞥浩瀚宇宙中生命的替代品，这条由八个字母组成的DNA链在我们星球上也有应用。本纳说，这种由八个字母组成的“遗传字母表”将能储存更多的信息，并且可以更明确地与特定目标相结合。例如，可能用“八字母”DNA与肝癌细胞或炭疽毒素结合，或将其用于加速化学反应。

“通过将字母的数量从6个增加到8个，DNA序列的多样性大大增加。”新加坡生物工程与纳米技术研究所(Institute of Bioengineering and nano)的合成分子生物学家Ichiro Hirao在一封电子邮件中说道(Hirao的团队参与了此次研究，在之前的研究中创造了6个字母的DNA链)。

当然，Hirao在一封电子邮件中说，“这只是第一次展示”8个字母的DNA双螺旋结构，在实际应用中，我们需要提高DNA复制并转录到RNA的准确性和效率。他认为最终他们可能会发现更多的字母来合成DNA。