生命的源码用四个字母写了四十亿年:A、T、G、C。2019 年,Benner 组往里加了 Z:P 和 S:B 两对合成碱基,凑成八个,起名 hachimoji——日语的”八文字”。造出来是一回事,细胞的机器肯不肯读,是另一回事。
当年的答卷不算满分:转录用的是 T7 噬菌体的聚合酶,天然 T7 读不了字母 S,得先工程化出 FAL 变体才凑齐八个。
这回呢?也不算满分,但台阶实打实上去了。
三级台阶
2023 年,B:S 一对先进入大肠杆菌 RNA 聚合酶,六字母。2026 年 9 月 2 日,Nature Communications 刊出 UCSD 的 Dong Wang 组与 Benner、Lyumkis 等的合作:未经任何改造的大肠杆菌 RNAP(α2ββ’ω 五亚基那一台),把 P:Z、B:S 全部八个字母转录了个遍,还附送四张 2.42 到 2.75 埃的冷冻电镜结构。一作 Qingrong Li,通讯作者 Benner 和 Wang。
timeline title 八字母的三级台阶 2019 : hachimoji DNA 诞生·T7 需改造才能读全 2023 : B 与 S 这对进入大肠杆菌 RNAP·六字母 2026-08 : 姊妹篇·疏水碱基对不靠氢键也被转录 2026-09 : 天然 RNAP 读全八字母·附四张结构
结构给出的答案朴素得近乎无聊:这台机器检查合成字母,用的是跟天然字母几乎同一套信号。沃森-克里克几何照常合规,触发环照常折叠,SI3 结构域照常挪位。外加一个新发现:Z 的硝基通过一分子水搭桥,跟桥螺旋的 π-hole 产生了相互作用——水距 2.62 埃。
动力学也体面。单转换实验里,合成对的掺入速度只比天然 dG:CTP 慢约两倍;掺完往后走,n+2 位点不停顿。
xychart-beta title “触发环闭合态的粒子占比 percent” x-axis [“dZ 配 PTP”, “dP 配 Z星 TP”] y-axis “闭合态占比” 0 –> 90 bar [76.8, 19.4]
上图藏着这篇论文的诚实。同样是合成碱基对坐进活性位点,dZ 配 PTP 能让触发环 76.8% 闭合(催化就绪的姿态),换成 dP 配 Z*TP 就只剩 19.4%。机器没一视同仁,它有自己的口味。
“忠实”两个字要打引号
Z 有个化学软肋:pKa 约 7.8,生理 pH 下容易质子化,冒充 G 混进 GTP。团队的修法是继续改字母——Z*,把硝基换成酰胺,pKa 拉到 10 以上,误配被压下去。所以说高保真的八字母,已经不是 2019 年的原装字母表:字母本身也在打补丁。
论文自己承认错配率是过估(forced 单底物条件)。而且这是体外重构体系:9 个核苷酸的 RNA 引物、27 个核苷酸的模板,不是活菌,不是完整基因。”细菌能读合成 DNA”这种标题党说法,这回不能讲。
姊妹篇同样值得记一笔:8 月 12 日 PNAS,同一个 Wang 组证明连氢键都不用的疏水碱基对 Ds:Pa,这台机器也能转录。但明显偏心。DsTP 掺得远比 PaTP 顺。
它想通向哪
论文自己划的边界:其一,八字母 mRNA 是未来翻译八字母密码子的前提——翻译还没人做出来;其二,扩展字母表适合进化适体,Hachimoji 版 Spinach 荧光适体、AegisBinders 都是路标;其三,六字母 AEGIS 适体靶向肝癌细胞,有 2020 年的临床前先例。
四个字母到八个,每个字母的信息量从 2 比特涨到 3 比特。操作系统还没换,外设先兼容了。
站里上回聊 RNA 靠一个氧原子的差距自己搭窝(178634261),那是化学自组装的路数;这回是结构生物学的路数——把机器拆开,看清楚它为什么肯读。两条路都通向同一个问题:生命的字母表,是不是只有四个名额。
