研究结果表明,Z-DNA的存在比以为的更加广泛,并揭示了这些噬菌体是如何制造出 Z 以及植入基因指令之中的。
本文转载自公众号“原理”
编译:糖兽
DNA 是地球生物的遗传物质,核苷酸是 DNA 的关键组成,核苷酸长链中的序列决定了 DNA 所携带的遗传信息。关于这个 DNA 的核苷酸序列,一段耳熟能详的故事是这样说的:
几十亿年前,地球上出现了四种分子——腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶,这四种分子以某种神奇的方式组成了 DNA 的双螺旋结构,为地球生命提供了遗传密码。通常,我们用 A、G、C、T 这四个字母来表示这四种自然碱基。根据标准的沃森-克里克碱基配对,当两条 DNA 链以双螺旋形式缠绕时,链上的碱基会以 A 对 T、C 对 G 的形式互补配对。
然而在 1977 年,一组俄罗斯科学家报告说,在一种叫做 S-2L 的噬菌体中,发现腺嘌呤(A)被简称为 Z 的 2-氨基腺嘌呤取代了。S-2L 是一种能感染蓝藻细菌的噬菌体。当时,研究人员发现当这种噬菌体的两条螺旋链要分开时,会出现一些奇怪的现象:与 A 和 T 之间的键合相比,G-C 之间的键合需在更高的温度下才能解开,而这种噬菌体的 DNA 仿佛主要是由 G-C 构成的。
在进一步分析后,他们发现在这种噬菌体中,A 被 Z 所取代,与 T 形成了一种更强的键合。
腺嘌呤(A)通过两个氢键与胸腺嘧啶(T)连接,比 A 多了一个氨基(NH?)的 2-氨基腺嘌呤(Z)与 T 通过三个氢键相连,使得 Z-T 配对比 A-T 配对更稳定。| 图片素材来源:D. Czerneck et. al. / Nature Communications 2021; C. Chang
为什么这种噬菌体有如此特殊的碱基?虽然在少数情况下,DNA 的四个碱基会经历不同形式和不同功能的化学修饰,但遗传物质中的碱基配对都是按照 A-T、G-C 这种规则进行的——A 完全被 Z 取代是一个例外。
在后续的一些研究中,科学家了解到这种更强健的 Z-DNA(含有 Z 的 DNA),能够帮助噬菌体更好地抵抗细菌中的某些蛋白质。然而一直以来,科学家都不知道 Z-DNA 究竟是如何运作的,也不知道它们是否常见。没有人知道这种噬菌体中的 A 是如何变成 Z 的。
终于在 4 月末,《科学》杂志刊登了三篇研究报告,再次展示了科学家对 Z-DNA 的探索。这些研究结果表明,Z-DNA 的存在比以为的更加广泛,并揭示了这些噬菌体是如何制造出 Z 以及植入基因指令之中的。