纽约大学科学家研制出可自我复制的人造DNA结构

2011-10-19 08:15 来源: 科技日报
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  据每日科学网站10月18日(北京时间)报道,纽约大学科学家研发出一种能自我复制的人造DNA(脱氧核糖核酸)结构,有望为新型材料的制造奠定基础。相关论文发表在最新一期的《自然》杂志上。

  自然界中,自我复制在生物体中普遍存在,但人造结构的自我复制却很难实现。此次研究是迈向自主复制任意类型“种子”结构过程的第一步。这些“种子”由DNA模片制成,可像字母般组合拼出特定“单词”。复制过程保留了模片序列及“种子”形状,从而提供了生成下一代结构所需的信息。

  此次研究的突破在于成功复制了包含复杂信息的DNA系统。研究人员首先从人造DNA模片开始,这是DNA的细小排列。DNA的腺嘌呤(A)和胸腺嘧啶(T)、鸟嘌呤(G)和胞嘧啶(C)互相结对形成人们熟悉的双螺旋结构。研究人员制成了含有3个DNA双螺旋结构的弯曲三螺旋分子(BTX)。每个BTX分子由10个DNA索烃构成,与DNA不同的是,BTX的编码不局限于4个字母,它能够包含108个不同字母和模片,借助4个DNA单索的互补形成一对,或在每个模片上形成“黏性末端”,直至构成最终的6个螺旋束(six-helix bundle)。

  为实现BTX自我复制模片阵列,需要“种子”结构促进多代相同阵列的形成。BTX“种子”被放置于化学溶液中,由7个模片组成,模片可以互补形成子代BTX阵列,该阵列随后会在溶液加热至40℃时与“种子”分离,并循环重复这一过程,形成第三代阵列,从而实现材料的自我复制及“种子”的信息复制。值得注意的是,这个过程与发生在细胞内部的复制过程不同,因为执行中无需添加酶等生物成分,即使是DNA模片也由人工合成。

  研究的共同作者、该校化学系的纳德里安・西曼指出:“虽然我们的复制方法需要多种化学物质和加热过程,但已经证明不仅可以复制DNA或RNA等细胞分子,还可以复制众多特别的结构,实现多个化学形态不同、功能特性相异的结构的复制。”

  一个不冷不热的星球,在太阳的照射下,历经十几亿年,发生了稀有的物理现象――碳基结构的自我复制。如今,充满好奇的人类,成功地在实验室里模仿这一过程。科学家并不是凭空组装出种子和模板,而是剥离出既存生命的基本元素,再剪裁拼装,结果制造出了一种物质,既能够利用能量不停生长,又跟细胞生命截然不同。由此可见,那种超出人类掌控的力量,总是能给我们最核心的灵感,以及从目标到手段的全部启示。