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  英国医学研究委员会分子生物学实验室等机构研究人员在近期的《科学》杂志上发表报告称,他们人工合成了一种名为异核苷酸(XNA)的物质,在许多关键功能上可替代脱氧核糖核酸(DNA)以及核糖核酸(RNA)。

  DNA是控制生命体遗传的主要物质,由两条反向平行的多核苷酸链如同两股拧在一起的绳子般相互缠绕形成。RNA则以单链形式存在,是生物遗传信息的中间载体,同时参与基因表达的调控。

  本次试验中,研究人员将一个DNA链条上的遗传信息传递到XNA上,随后再传回另一个DNA链条,遗传信息传递的准确度高达95%以上。此外,若满足一些前提条件,部分XNA聚合物在试管中还能如DNA一样进化成不同形态。试验表明,XNA可独立或部分参与遗传信息传递,甚至自身进化,从而参与生命合成过程。尽管XNA在这项试验中只是部分地取代了DNA和RNA的功能,参与遗传编码和遗传信息的复制,但可以肯定的是,这个实验证明了XNA具有独立编码生命的基本功能元件——基因的能力。

  地球上所有已知生命都是由DNA和RNA来负责基因的编码和解码。当科学家们发现了DNA和RNA这两类生物大分子后,就一直在思考:地球上,甚至天体中是否还存在其他可以编码遗传信息的物质?生命是否可以起源于其他生物大分子?我们是否可以根据DNA和RNA的结构原理和功能性质来人工合成与这些功能等价的大分子,从而制造一种与地球上由DNA—RNA所主宰生命不同的“另类生命”?是否能让这些经过人工改造过的生物大分子参与、干预甚至改造正常生命过程?

  对于XNA的合成和研究就是在这些疑问中起步,至今已有几十年历史。XNA的合成利用了以下原理:核苷酸由碱基、单糖和磷酸骨架三个部分组成,每一个部分都可通过合成化学性质不同,但结构原理类似的异构物来取代,从而改变原来DNA或RNA的某些固有性能,达到不同的应用目的。

  这项研究成果最有望应用于改造生命过程。比如,XNA和适应它们的酶可以创造一个简单的生命体系,既不受常规生物体系的干扰,又可以自己遗传下去,成为一个现存生命的真正“异构”寄生者。另外,由于XNA具备可编码基因和参与遗传过程的功能,也表明也许在生命起源时,某些XNA也参与了创造生命,但后来显然被DNA和RNA淘汰。这也为科学家提供了新的启发:也许,在尚未发现的地球生命和其他宇宙生命中可能存在遗传物质并不相同的生命形式。

  科学是在不断发展的,我们无法预言未来是否还将发现XNA的新用途或是从对其研究中获取新的灵感,但这次的试验成果无疑对生命科学各层面的研究开辟了新的天地。

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