地球生命的DNA包括4個鹼基，2019年2月24日科學日報報道，美國科學家將生命“字母表”的數量增加了一倍，首次合成出包括8個鹼基的DNA。實驗表明，合成DNA好像能像天然DNA一樣儲存和轉錄資訊。頒發於《科學》雜誌的最新研究成就表明，宇宙中或者存在其他生命形式，這對外星生命搜尋很是重要。

　　本研究中，應用分子進化基金會首創人史蒂文·本納率領的團隊，透過調解普通鹼基——鳥嘌呤、胞嘧啶、腺嘌呤和胸腺嘧啶(G、C、A、T，箇中A與T配對、C與G配對)的分子佈局，建設出兩對新鹼基：S和B、P和Z。新鹼基的形狀與天然鹼基類似，但結合方式不同。隨後，他們將合成鹼基與天然鹼基共同組合，獲得了由8個鹼基構成的DNA。

　　合成序列與天然DNA擁有相同屬性：它們以相同的方式可靠地配對；無論合成鹼基的順序如何，雙螺旋佈局都保持穩定；DNA可忠實地轉錄成RNA。這一成就首次系統性證明白合成鹼基與天然鹼基可彼此識別並結合，且形成的雙螺旋能保持穩定。

這項研究成果表明了，我們對遺傳物質有了新的理解，但是要具體到鹼基合成系統，還要有很長的路要走，這涉及到DNA合成的酶系，DNA轉錄的酶系，以及轉錄後的mRNA翻譯成蛋白質的酶系，以及關係到這些鹼基的合成，還有8個鹼基組成的蛋白質翻譯涉及到的蛋白質種類可能會更多，形成的蛋白質也會有許多特殊的。

由於這些可能的存在，這對於未來生物製藥等行業有著很多重要的意義，也是未來生物行業發展的一個方向。

幾十億年前，腺嘌呤、胸腺嘧啶、胞嘧啶、鳥嘌呤這四個分子被我們這個星球上的生命選擇成為了承載自身遺傳資訊編碼的基本符號，自此再也沒有增加任何額外的字元——A、T、C、G，胞嘧啶（C）和鳥嘌呤（G）之間透過3個氫鍵連線配對，腺嘌呤（A）和胸腺嘧啶（T）之間以2個氫鍵連線配對，就這樣三三兩兩的，地球生命的故事一講就是幾十億年。

但這四個字元對生命的出現是必然和唯一的嗎？是否有其他的類似分子也能夠支撐我們遺傳密碼的產生和傳承，並同樣撰寫生命的傳奇呢？

可能傳承生命的四個新字元2019年2月20日發表在《科學》雜誌上的一項新研究貌似暗示了這種可能性！——研究人員使用另外四種鹼基與原來的四種自然鹼基共同合成了由八個字母而不是四個字母組成的DNA，隨著字母的增加，這種DNA具有更大的資訊儲存能力。科學家將這種新的DNA稱為“hachimoji”——其意思是日語中的“八個字母”，這擴充套件了前些年使用六個字母建立類似DNA的成果。

Hachimoji DNA包括四種天然鹼基和另外四種合成的核苷酸鹼基：P、B、Z和S。這就像我們在計算機領域早些年採用16位的處理器升級到了32位，乃至後面升級到64位一樣，資訊的承載量翻倍了！

研究者們利用天然和合成鹼基對的搭配組合創造了幾百種不同的Hachimoji雙螺旋DNA分子。之後他們進行了一系列試驗，以測試各種雙螺旋是否具有支援生命所需的特性，以及與天然DNA雙螺旋的特性差異。

結果，研究者們發現，天然DNA似乎具有大多數非天然DNA沒有的標誌性特徵——它穩定且可預測，這意味著研究人員可以準確計算出它在某些溫度和環境中的表現，包括它何時會降解。但事實證明研究人員也能夠用Hachimoji DNA做到這一點——他們提出了一套規則來預測Hachimoji DNA暴露於不同溫度時的穩定性。這表明天然的鹼基G、C、A、T“並非獨一無二”，這意味著在宇宙中的其他地方，如果生命也由DNA編碼，則不一定會完全採用我們地球生命採用的那四個“字母”——在生命誕生之初的環境條件的輕微差異，就可能讓上帝手腕輕輕一抖寫下別字母！

上圖：DNA中的兩組天然鹼基對（上排）和兩組人造核苷酸鹼基對（下排），dS為甲基胞嘧啶，dB為異鳥嘌呤,dC。注意：人造鹼基對都是以三個氫鍵配對的，而天然鹼基對中的腺嘌呤和胸腺嘧啶則是以兩個氫鍵配對。較少的氫鍵可能意味著更容易被拆開和某種不穩定性，這或許是生命在地球的環境下需要的一種特徵。Hachimoji DNA與天然DNA相似，但核鹼基的數量和型別不同。這些非天然核鹼基，比天然鹼基更疏水。

《Hachimoji DNA和RNA：具有八個構建塊的遺傳系統》論文概述——

我們報告了由八個核苷酸“字母”（因此稱為“hachimoji”）構建的DNA和RNA樣系統，它們形成四個正交對。此合成系統滿足支援達爾文進化所需的結構要求，包括聚電解質骨架，可預測的熱力學穩定性，以及適合薛定諤非週期晶體的有規立構構件。 測量的熱力學引數預測hachimoji雙鏈體的穩定性，允許hachimoji DNA增加天然terran DNA的資訊密度。 三種晶體結構顯示合成結構單元不會干擾DNA雙螺旋中看到的非週期性晶體。 然後轉錄hachimoji DNA以產生功能性熒光hachimoji適體形式的hachimoji RNA。這些結果擴大了在包括整個宇宙的生命形式中可能支援生命的分子結構的範圍。

上圖：8種鹼基構成的DNA雙鏈示意，生命的色彩更加豐富了！

八個字母如何支撐生命？

但只創造出新的鹼基“字母”是不夠的，因為生命資訊還需要轉錄和翻譯成為蛋白質。這意味著還需要有與Hachimoji DNA對應的Hachmoji RNA，並且這些RNA還要能夠被另一種改造過的核糖體識別用於合成蛋白質——這是一個系統性的工程。除此之外，DNA雙鏈還必須能夠扭曲成那種正確的優雅的三維結構——雙螺旋結構。而上述研究團隊的確成功建立包含八個鹼基的DNA，並且確認了這種新的合成DNA能夠形成了經典的雙螺旋。

上圖：RNA中的兩組天然鹼基對（上排）和兩組人造核苷酸鹼基對（下排）。U是尿嘧啶，rS是異胞嘧啶。

而最後，為了使Hachimoji DNA能夠支援生命，還有一項重要的要求。即，它需要自我維持或有能力獨立生存。但研究人員止步於此，因為要防止該分子成為生物危害，因為這種新的DNA分子可能有朝一日會混入地球生物的基因組，帶來不可預期的後果。但另有一說是人為Hackmoji中新增的四個鹼基並不具備在自然環境中存續的能力，因為缺乏一整套維持此係統運作的生化條件，諸如相關蛋白質和酶。就算這些DNA流入了自然界，他們“哪裡也去不了”，他們只能呆在實驗室。

但如果條件合適（當然地球還不具備這樣的條件），那麼八個字母構成的“遺傳字母表”將能夠講述更豐富的“生命故事”，也就是說能夠儲存更多資訊，DNA序列的多樣性大大增加。此外，這種更復雜的DNA分子夠具有更確切地繫結或匹配某些目標的能力，例如，Hachimoji DNA可用於結合肝癌細胞或炭疽毒素，或用於加速某些化學反應。