从四字母脱氧核糖核酸到八字母脱氧核糖核酸——科学家的新成就

2026年9月10日 引言 从地球上的细菌到蓝鲸，所有已知生物都使用同一种由四个字母构成的遗传语言（Genetic Alphabet）——腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、胞嘧啶（C）和鸟嘌呤（G）。它们在DNA的双螺旋结构中以特定方式配对，存储遗传信息并将其传递给下一代。如今，加利福尼亚大学圣地亚哥分校（UC San Diego）的科学家证明，这种“普适”的遗传语言可以被加倍扩展为八个字母，并且细胞的天然机器也能精确读取这一扩展语言。该研究于2026年9月2日发表在《自然·通讯》（Nature Communications）期刊上，是合成生物学领域的重要里程碑。 发现详情 这项研究由UC圣地亚哥分校斯卡格斯药学院（Skaggs School of Pharmacy）的董王（Dong Wang）教授领衔，聚焦一种关键细胞酶——“RNA聚合酶”（RNA Polymerase）。该酶负责读取DNA并合成RNA——这是基因表达（Gene Expression）的第一步。研究团队采用高度精密的成像技术“冷冻电子显微镜”（Cryo-Electron Microscopy），在比一个原子宽度还要小的尺度上捕捉了该酶的工作过程。 “八文字（Hachimoji）”八字母语言 本研究使用的扩展遗传语言称为“八文字”（Hachimoji）——该日语词意为“八个字母”，指在四种天然字母之外，再加入四种人工合成的新DNA字母而形成的体系。研究团队发现，大肠杆菌（E. coli）的RNA聚合酶能够以识别天然字母的同样方式，准确识别并处理这些新字母。 为什么这一发现重要？ 此前，科学家已经在实验室中合成了人工DNA字母。但最大的挑战在于：细胞的天然机器（复制和读取DNA的酶）能否正确处理这些新字母。如果这些酶在新字母处“卡壳”，就可能在遗传信息中引入错误。这项新研究确认，一种关键的天然酶——在无需任何重新设计的情况下——就能够精确处理这些新字母。这为“不必彻底重构细胞，也能处理扩展遗传信息”提供了关键证据。 在没有氢键的情况下仍能运作 同一研究团队还在2026年8月12日发表于《PNAS》（Proceedings of the National Academy of Sciences，美国国家科学院院刊）的一项研究中，报告了更令人惊讶的发现——RNA聚合酶甚至能够识别并处理一对不形成氢键的人工DNA字母。通常认为，氢键对维持DNA两条链的配对至关重要，因此在缺乏氢键的情况下酶仍可运作，给基础遗传学的理解提出了新的问题。 实际应用 研究人员认为，这一发现不仅具有基础科学意义，也可能带来多项重要的实际应用。此前，已有利用扩展遗传语言构建的人工DNA分子，可用于识别肝癌细胞。理解RNA聚合酶如何精确读取这些人工字母，将为开发新的诊断工具（Diagnostics）、治疗方法（Therapeutics），以及能够执行自然界不存在的新功能的工程化生物系统（Engineered Biological Systems）提供分子层面的基础。 合成生物学的长期目标 扩展DNA语言是合成生物学（Synthetic Biology）领域的长期目标之一。若能通过工程化手段创造可生产自然界不存在的新型氨基酸、或具备新功能的生物体，可能在医学、农业和工业领域引发革命性变化。例如，可以构建生产新型蛋白质的微生物，或打造能够合成自然界不存在的药物成分的细胞系统。 科学界的审慎欢迎 尽管这一发现广受赞誉，但作为科学研究过程的一部分，独立研究者正在对这些结果进行细致审视。通过冷冻电子显微镜直接拍摄分子结构，被认为比以往的间接证据（例如错误率等）更为坚实、更为直接。 结语 这一扩展生物体基本遗传语言的发现，将生物科学的边界推向新的方向。从四个字母扩展到八个字母的能力，未来可能为医学、诊断以及工程化生物学带来革命性进展。这也是一个重要的科学篇章，证明生命的基础语言本身是一种可以被人类更新与扩展的体系。 发布：Arivuppasi Media