遗传密码由四个字母组成，代表四个核苷酸，这是DNA的基本组成部分。科学家们早就发现设想通过在实验室中产生新的核苷酸来扩展这种基因字母表的可能性。

　　这种创新的可行性取决于细胞是否能够有效地识别和利用这些人工核苷酸来合成蛋白质。

　　加州大学圣地亚哥分校斯卡格斯药学院和制药科学学院的研究人员在释放人工DNA的潜力方面取得了重大进展。

　　他们的研究表明，RNA聚合酶，蛋白质合成中的一种关键酶，显示出识别和转录人工碱基对的能力，其方式与与天然碱基对的相互作用相同。

　　这些研究发现为科学家设计定制蛋白质开辟了道路，可能有助于开发新药。

　　这项研究发表在2023年12月12日的《自然通讯》杂志上。

　　Wang与应用分子进化基金会的Steven a . Benner博士和Salk生物研究所的Dmitry Lyumkis博士共同领导了这项研究。

　　DNA分子由四种核苷酸组成，分别是腺嘌呤(A)、胸腺嘧啶(T)、鸟嘌呤(G)和胞嘧啶(C)。在DNA分子中，这些核苷酸的碱基对具有独特的分子几何结构，称为沃森和克里克几何结构。这个词是向1953年揭示DNA双螺旋结构的科学家们致敬。

　　沃森和克里克碱基对始终形成两种构型:A-T和C-G。大量沃森和克里克碱基对的集体组装产生了DNA的双螺旋结构。

　　这项研究采用了一种被称为人工扩展遗传信息系统(AEGIS)的传统基因字母表的改进版本，它引入了两个额外的碱基对。“宙斯盾”最初是由本纳构思的，最初是美国宇航局支持的一项计划，旨在探索外星生命的潜在发展。

　　通过从细菌中分离RNA聚合酶，并随后测试它们与合成碱基对的相互作用，研究表明，AEGIS合成碱基对呈现出一种几何结构，反映了在天然碱基对中观察到的沃森和克里克几何结构。

　　因此，负责DNA转录的酶无法辨别这些合成碱基对和那些自然发生的碱基对之间的任何区别。

　　除了拓宽了合成生物学的视野，研究结果还支持了一个可以追溯到沃森和克里克突破性发现时期的假设。被称为互变异构假说，它假设传统的四个核苷酸可以产生不匹配的对作为互变异构的结果。

　　互变异构化是指核苷酸在保持相同组成的同时在各种结构变体之间振荡的倾向。这种现象被认为是点突变的一个促成因素，其中遗传改变只影响DNA序列中的一个碱基对。

　　王说:“互变异构化使核苷酸在通常不应该成对的情况下结合在一起。在复制和翻译过程中已经观察到错对的互变异构化，但在这里我们提供了第一个直接的结构证据，证明互变异构化也发生在转录过程中。”

　　研究人员现在热衷于探索观察到的效果是否在测试其他合成碱基对和细胞酶的组合时保持一致。

　　Wang说:“我们很高兴能与Steve和Dmitry组建一个多学科合作团队，这使我们能够解决扩展字母表上转录的分子基础。除了我们在这里测试的新字母，还有很多其他的可能性，但我们需要做更多的工作来弄清楚我们能走多远。”