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源于类似RNA等基因聚合物合成的催化酶的出现被认为是生命起源的一个关键性转换因素,这可以追溯到蛋白质酶的出现。DNA同样具有折叠成三维立体结构和在体外形成催化剂的性质。然而,这些天然的生物聚合物以何种程度有效的组成特制的化学框架用于三维结构或者催化酶的形成尚不清楚。?xml:namespace>
最近,英国医学研究委员会(Medical Research Council,MRC)的科学家们发表于2014年12月1日《自然》杂志(Nature)的报道指出:他们合成了世界上第一个由人工遗传物质制成的酶。该合成酶是由自然界不存在的分子制成的,能够在实验室引发化学反应。
MRC分子生物学实验室曾合成过名为“XNAs”的分子,这些分子具有类似DNA储存和传递遗传物质的性质,“XNAs”可以选择自然界中尚未发现的化学骨架去折叠成特定的结构和配体这一功能大大的提高了合成“ XNAzymes”的可能性。
本文第一作者、剑桥圣约翰学院博士后、Phil Holliger实验室的Alex Taylor博士说:“由核酸(或一般生物聚合物)合成催化剂往往需要它具有一个小的化学官能团和精确排序的化学结构。合成基因聚合物“XNAs”有着同呋喃核糖类似的结构框架,并具备与RNA和DNA相似的遗传、进化和折叠为三维立体结构的能力,最终能够形成配体。因此,我们试图确定XNAs是否也可以支持催化剂的形成。利用先前发明的XNA复制技术,我们设计了一个战略通过切割RNA内部序列,发现核糖核酸内切酶—XNAs”。
该研究进一步揭示“XNAzymes”的发现过程,它涉及到了四个直接源于XNA低聚物池的复杂化合物,如葡萄糖核酸ANA5:29-fluoroarabino核酸FANA6;己糖醇核酸HNA和环己烯核酸CeNA7。同时,研究发现XNAzymes能够逐步结扎并断裂RNA或DNA这些天然物质。随后,我们又开展了进一步实验验证XNAzymes对XNA是否具备相同的催化作用,结果是确定的。它充分的表现出反式RNA核酸内切酶和连接酶的活性。
该研究组Holliger博士说:“研究表明,原则上被认为的唯一能够储存和传递遗传信息的物质DNA和RNA可能存在替代品。”
剑桥圣约翰学院博士后、Phil Holliger实验室的Alex Taylor博士补充说:“研究结果提示可以研制独立于生物聚合物的合成酶和建立先进技术从自然界中尚未发现的聚合物支架中发现更为广泛的催化酶。同样也可以利用自然界并不产生的构建模块产生合成DNA。”
科学家们相信:未来,针对合成、复制和不同遗传聚合物的化学变化研究方法的提高将有助于解决现在面临的诸多问题,提供越来越多限制化学编码和复制的分子数据库信息,同时,受益于XNAzymes的发现,充分扩展其各种物理化学性质和生物潜力对于未来的医药事业具有不可估量的意义。