人工扩展的基因字母表首次进化出酶

人工扩展的DNA字母表首次进化出了酶。这项工作在DNA通常的四个组成部分基础上增加了两个合成的组成部分，从而创建了一个分子文库，证明了这种文库如何比标准DNA提供更强的化学多样性，以寻找生物医学相关的分子，并为生命如何开始提供线索。

由于DNA通常只有四个碱基——A、C、T和G——构建分子文库的可能序列的丰富性是有限的，特别是对于较短的寡核苷酸序列。一种解决方案是在天然核苷酸中添加官能团，以寻找新的分子。但在过去20年里出现的另一种方法是利用合成核苷酸将遗传字母表扩展到四个碱基以上．

近年来，研究人员已经证明，合成碱基可以扩大遗传字母表，可能多达12个碱基。然而，到目前为止，扩展的遗传字母表只产生功能有限的寡核苷酸或适体，它们与期望的目标结合，而不是催化的。

现在Elisa他满的团队，包括Steven Benner他在佛罗里达应用分子进化基金会(Foundation for Applied Molecular Evolution)的研究中，比较了本纳20年前首创的人工扩展遗传信息系统(Aegis)与标准DNA在进化核糖核酸酶(一种能降解RNA的酶)库方面的性能。在这个过程中，Aegis进化出了一种新的核糖核酸酶，被称为“Aegiszyme”。

Biondi说:“毫无疑问，我们还没有证明扩展DNA比标准DNA表现得更好，因为我们以前没有做过类似的实验。”“现在我们有证据证明我们的扩展DNA方法有坚实的基础。(一种新催化剂)的结果是人们所期待的，甚至是意料之中的。

“宙斯盾”由标准DNA碱基以及另外两个额外的碱基Z和p组成，然后分别为“宙斯盾”和普通DNA建立了25个核苷酸长的独立文库。然后对这些文库进行相同和重复的选择压力，使其具有核糖核酸酶活性。

研究小组发现，即使在16个选择周期中探索了25%的可能的序列组合，标准DNA文库也没有显示出核糖核酸酶活性。相反，Aegis实验只研究了0.0011%的可能序列空间，并揭示了改进的RNA裂解活性。

合成生物学家评论说:“虽然尚不清楚这些第一代Aegiszymes是否优于当前的DNAzymes和XNAzymes，但它们可以从相对较短的寡核苷酸文库中选择，这无疑是有趣的。亚历克斯·泰勒在英国剑桥大学。“对于一种潜在的治疗方法，更短的催化低聚物将有助于高效的化学合成，并可能提供，例如，改善组织穿透或细胞摄取。”

“这项工作具有明显的实用价值，因为它展示了一个扩展的基因字母表如何帮助发现具有稀有属性的适体，”他说弗洛伊德Romesberg他首先在斯克里普斯研究所的实验室工作成功插入2017年将非天然DNA转化为细菌。“这应该为发现其他具有独特特性的适配体提供了可能，而这些特性已经被证明是难以发现的。”

扩展字母表的短序列可以进化催化剂的事实也提供了对生命起源的洞察。比昂迪说:“在生命起源之前，当核酸或原核酸被认为同时具有遗传和催化功能时，第一个进化的达尔文系统可能使用了比我们现在在生命分子中看到的更多种类的化学基团。”“这样一来，他们就可以避免使用更短的聚合物长度，这在能源消耗和资源可用性方面都是一个优势。”

更新:研究团队的层级已于2022年12月1日更正。