无需酶参与的DNA复制

　　

    [生物通讯]两百万年前，生命就以今天的这个样子存在了。但40亿年前的生命却与今天大不一样。

    化学家们重现了生活细胞在没有催化剂的情况下传递信息的基本过程。

    他们显示，DNA自己可以将信息传递给下一代。许多研究人员认为，帮助DNA复制的催化蛋白还没有产生的40亿年前，类似DNA的分子就是这样使生命诞生的。

    这项由乔治亚Emory大学的David Lynn和他的同事共同进行的实验可能导致产生精确合成聚合体材料的新原理，甚至它还可能加速合成生物学时代的提前到来:从零开始创造生命。

历史的重现

    人工合成的能够进行自我复制的DNA分子以前至少已在实验室中产生过3次。但合成的这些分子都需要某种物质的辅助。

    以前，每一分子都作为一个模板，它的副本来自两条现成的单链。换言之，副本上的大多数信息已经在形成副本的分子片段上存在了。这个复制过程更像是把来自两条已经写好的句子的信息粘贴到一起而重现这些信息。

    相反，Lynn和他的同事发明的这个方法却是一一粘贴每一个碱基。他们制成的不是原分子的副本，而是它们含有同样信息但密码不同的互补分子。这种方法更像是把句子复制后再翻译成法语。

    细胞中，DNA自身含有这样的互补分子，每一分子是一条DNA单链，合在一起组成双螺旋结构。当DNA在细胞分裂前开始复制时，这些互补链中的每一单链都作为一个模板引导新DNA链的合成。

    每一DNA单链都含有所有新链所需的遗传信息。共有4条不同的DNA单链，而DNA链上分布的碱基序列决定了新链上的序列。起催化作用的酶驱动着整个装配过程。

没有酶参与的装配过程

    Lynn的研究小组发现了一种无需酶参与的DNA复制过程，这样只需一条DNA单链就能够作为模板装配互补链。科学家以前曾实现过这一方法，但结果不够完美:4种类型的DNA 单链中只有一种可作为模板，而互补链不是总与模板的长度一致。

    该研究小组用一种新方法把碱基连接到DNA模板上。新链上连续碱基之间的化学键与DNA自身上的有所不同。它们是酰胺键，与蛋白分子之间的化学键一样。这就使得新链的装配更为准确。

    酰胺键连接的DNA链有助于真正DNA的碱基联结到一起。因而，研究人员希望用酰胺键连接的DNA能够实现DNA装配过程的逆转。这样会使两种DNA分子都支持它们的互相复制，使分子进化和出现类似生命形式的复合体成为可能。

参考文献

1. Li, X., Zhan, Z.-Y. J., Knipe, R. & Lynn, D. G. DNA-catalyzed polymerization. Journal of the American Chemical Society, 124, 746 - 747, (2002).

生物通摘译自NATURE