科学家证实自然酶可精准读取并转录八字母DNA

这一发现突破了自然界数十亿年来仅由四种碱基构建生命的固有认知，证明生命细胞现有的分子机械完全有能力处理人工合成的遗传信息，为未来开发新型精准医疗、靶向药物及工程化生物系统奠定了关键分子基础。

地球上已知的所有生命形式，其遗传信息均记录在由腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、胞嘧啶（C）和鸟嘌呤（G）这四个化学字母组成的 DNA 编码系统中。尽管科学家此前已在实验室中人工合成了能够融入 DNA 双螺旋结构的新碱基（如包含 P、Z、B、S 四个合成碱基的“八字 DNA”系统），但这些非自然字母能否被天然细胞内部的读取机制精准解析，一直是合成生物学走向实际应用的核心瓶颈。

在发表于《自然-通讯》（Nature Communications）的最新研究中，研究团队将焦点锁定在基因表达的关键酶——RNA 聚合酶（RNA Polymerase）上。科研人员利用冷冻电子显微镜（Cryo-EM）技术，在小于单原子宽度的高分辨率尺度下，成功捕捉到了大肠杆菌（E. coli）的 RNA 聚合酶在读取和转录合成碱基时的三维结构动态快照。实验数据显示，该天然酶在处理人工合成碱基对时，其转录准确率与效率与处理天然碱基对高度相当。

结构分析进一步揭示，RNA 聚合酶并非将这些人工合成字母视为“异物”加以排斥，而是通过与识别天然碱基几乎相同的结构与化学信号节点来精准辨识它们。此外，研究团队在发表于《美国国家科学院院刊》（PNAS）的另一项补充研究中还发现，即使对于某些缺乏传统氢键作用力的非天然碱基对，RNA 聚合酶同样能够完成精准识别与转录，这极大地拓展了人工遗传字母表的设计空间。

将遗传字母表从四个扩充至八个，意味着信息存储能力的几何级数增长，原本由三个字母组合构成的64种遗传密码子将呈爆发式扩充，使人工设计和合成自然界中不存在的全新氨基酸与功能蛋白质成为可能。研究人员指出，该技术此前已在靶向识别肝癌细胞等分子诊断领域展现出独特优势，而本次对天然酶转录机制的攻克，将彻底扫清利用宿主细胞生物反应器生产合成药物与高级生物材料的技术障碍。