点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:科学家破解特殊DNA合成机制
首页> 科技频道> 头版头条 > 正文

科学家破解特殊DNA合成机制

来源:科技日报2021-05-19 09:51

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  近日,天津大学张雁教授联合上海科技大学赵素文教授、美国伊利诺伊大学赵慧敏(音译)教授等,解析了一种特殊DNA的合成机制,并发现了这种特殊DNA遍布全球,大量能感染细菌的病毒(这种病毒也称为噬菌体)都含有这种DNA。

  这项刊发在《科学》上的重大发现,对生命起源、物种进化、系统生物学的研究具有重要理论意义。科技日报记者5月15日采访张雁时获悉,该成果将在超级耐药菌感染的治疗、绿色无抗生素畜牧饲料和食品保存技术开发、新型纳米材料制备、DNA信息存贮等领域,展开广阔的应用前景。

  从感染蓝细菌的噬菌体中发现特殊DNA

  DNA是生命体的主要遗传物质,决定生物的多样性和特征。生命的遗传信息存储在由A、G、C、T这4种碱基组成的DNA序列中。1953年,美国生物学家沃森和英国生物物理学家克里克解析了DNA的双螺旋结构,发现两条链之间存在特异性的碱基配对。A和T配对形成两个氢键,G和C配对形成三个氢键。4种碱基互补作用的双螺旋结构构成了生命中心法则的基础。

  目前唯一的例外是,1977年,科学家在感染蓝细菌的一株噬菌体中发现了由Z、G、C、T组成的DNA。这类特殊DNA用二氨基嘌呤(Z)完全取代正常的腺嘌呤(A),与胸腺嘧啶(T)配对,形成更稳定的三个氢键,极大地改变了DNA的物理化学特征。

  44年来,Z的合成机制、生物功能和普遍性一直未得到科学解释。

  地球上广泛存在含这类特殊DNA的噬菌体

  近日,科学家破解了这个秘密。科研团队找到了催化这一特殊DNA合成的多个酶,不仅涉及Z的合成,还包括A的消除。研究人员通过噬菌体基因组功能注释和同源序列分析发现,多个噬菌体中存在合成Z前体的关键酶PurZ。研究人员在含PurZ的基因簇上发现了两个特异的金属依赖的磷酸水解酶,并发现它们是消除A的关键酶。

  通过一系列实验,研究团队还解析了噬菌体Z基因组复杂的生物合成途径。在细菌与噬菌体亿万年的博弈中,细菌进化出了许多防御手段,噬菌体则发展出更多绕过细菌防御的策略,其中最广泛的就是修饰自己的DNA,用Z完全取代正常的A。

  尽管DNA测序非常普及,但普通DNA测序手段并不能发现Z的存在。科研团队利用酶水解DNA再进行组分分析的传统方法,证实了地球上广泛存在含这类特殊DNA的噬菌体,蓝细菌的这株噬菌体并不是唯一的特例。研究人员还用最新一代的纳米孔DNA测序技术,对研究结果进行了验证。

  可在新材料、信息存储等领域实现应用

  “利用发现的特殊DNA合成机制,可实现低成本量产含Z的DNA,并拓展其在新材料制备、信息存储等多方面的应用。”张雁介绍,“我们发现了这种特殊DNA的合成机制,能够实现低成本量产。比如人们通过设计DNA序列,使其在纳米甚至更小的尺度折叠成各种形状,从而作为新材料具有很好的应用前景,这种特殊DNA增加了结构的热稳定性,可以更快、更高效地折叠出特定3D结构的纳米材料。”

  而用DNA取代计算机二进制的图片、录像等数据存储,所需空间大幅缩小,据科学推算,几千克的DNA就可以存储目前人类所有的数据。新型DNA的Z碱基还可以使DNA信息存储获得加密、分类等功能。

  此外,抗生素滥用引起的超级耐药菌是人类医学面临的重大问题。抗生素在动物饲料以及食品防腐中的滥用也亟须替代。“噬菌体是细菌的天敌,我们发现这种特殊DNA不被细菌的防御机制识别。”张雁表示,替代抗生素的噬菌体疗法受到广泛关注,并且在临床上已有使用。装备了这类DNA的噬菌体对细菌更具杀伤力,作为广谱性杀菌生物制剂在医药、畜牧养殖、食品防腐等领域的应用将具有广阔前景。(陈 曦)

[ 责编:武玥彤 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 福建泉金客运码头迎来清明节两岸人员往来高峰

  • “地球彩带”孕育火热“花经济”

独家策划

推荐阅读
征求意见稿提出,任何组织和个人提供、使用数字虚拟人服务,不得以丑化、污损等形式侵害他人人格权,未经特定自然人同意,不得提供足以识别特定自然人身份的数字虚拟人服务。
2026-04-03 17:59
近日,《关于加快建立长期护理保险制度的意见》(以下简称《意见》)印发。《意见》明确,用3年左右时间,基本建立适应我国基本国情的长期护理保险制度。
2026-04-03 10:07
春天,风媒花粉对过敏症患者尤其是患有慢性呼吸系统病人群的影响特别大,是过敏性哮喘的高发季节。
2026-04-03 10:04
个人信息保护法施行以来,中央网信办会同有关部门持续加大个人信息保护工作力度,查处各类违法违规处理个人信息行为,督促指导个人信息处理者不断提升合规水平,取得了积极成效。
2026-04-03 09:59
日前,福建龙岩长汀县远丰优质稻专业合作社正忙着把秧苗往田里送,并用机器进行插秧。一粒粒种子在智慧育秧工厂从孕育到出苗,直至送入农田进行机械化插秧,合作社负责人傅木清都看在眼里。
2026-04-03 09:53
据报道,在3月29日结束的世界超级摩托车锦标赛(WSBK)葡萄牙站WorldSSP组别中,我国摩托车制造商“张雪机车”在该站赛事双回合正赛中相继夺冠。说起“张雪机车”的成功,不得不提到中国的“摩托之都”重庆。
2026-04-03 09:50
在一间会议室里,记者找到了研究院副院长张金友。”  为了尽快解决这个“烧脑”的问题,这段时间,张金友和团队几乎每天井场、实验室、会议室三点一线。“如果说我们正在采的页岩油是已经蒸熟的‘米饭’,那低熟页岩油就是‘生米’,需要人工在地下为其加热,催化生成石油。
2026-04-03 09:47
历时多年攻关,刘河生带领团队不断改进脑功能区定位技术,实现快速精准绘制个体脑图,并研发出可无创干预脑区功能的设备,在帕金森等疾病治疗研究中取得重大进展。
2026-04-02 10:11
我国智能航运发展现状如何?“十五五”时期如何迈向国际先进水平?记者采访了交通运输部海事局及相关企业。
2026-04-02 10:07
科技创新是发展新质生产力的核心要素,加强原始创新和关键核心技术攻关,是抢占科技制高点、实现高水平科技自立自强的根本所在。
2026-04-02 10:04
近日,国家医保局发布《医疗保障基金使用监督管理条例实施细则》,于2026年4月1日起正式施行。
2026-04-02 10:03
国家卫健委和国家中医药局1日联合印发《关于开展基层医疗卫生机构医疗质量改善三年行动(2026—2028年)的通知》,推进基层医疗质量提升,推动实现分级诊疗“基层首诊”落地。
2026-04-02 10:01
人与自然和谐共生是中国式现代化的重要特征之一,守好碧海银滩,构建人海和谐的海洋生态环境是中国式现代化的题中应有之义。
2026-04-01 09:45
2021年长江十年禁渔实施以来,禁渔秩序总体平稳,退捕渔民生计有效保障,水生生物资源衰退趋势得到决定性扭转,长江水生生物完整性指数稳步提升,取得阶段性明显成效。
2026-04-01 09:44
“过去雷达网建设主要解决‘有没有’的问题,现在AI让这张网从‘能探测’升级为‘会思考’。”在张兴赢看来,“AI正在成为工程的‘第二大脑’。”
2026-04-01 09:43
硒是人体必需的微量矿质营养素。然而,我国约7亿人口存在硒摄入不足。
2026-04-01 09:42
强对流天气的形成是水汽条件、不稳定状态的大气层结构、地形等多种条件协同作用的结果,包括雷暴、短时强降水、大风、冰雹等天气现象,具有影响快、强度强、致灾性强的特点。
2026-04-01 09:39
3月30日,世界数据组织正式成立并落户北京,理事长由中国科学院院士谭铁牛担任。这不仅是对谭铁牛个人学术成就的认可,更是国际社会对中国数据发展和治理能力的充分肯定,是中国科学家提升全球科技治理话语权的生动缩影。
2026-03-31 10:23
教育部30日印发《校园食品安全“十必须”》《学校食堂工作人员“十不准”》,进一步筑牢校园食品安全防线,明确中小学、幼儿园食堂不得制售冷荤类食品、生食类食品、冷加工糕点,不得加工制作四季豆、鲜黄花菜、野生蘑菇、发芽土豆等高风险食品。
2026-03-31 10:22
30日19时00分,力箭二号遥一运载火箭在东风商业航天创新试验区发射升空,将搭载的新征程01卫星、轻舟初样试飞船和天视卫星01星顺利送入预定轨道,发射任务取得圆满成功。
2026-03-31 10:17
加载更多