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倒序阅读, 只看楼主, 0 发表于: 09-15
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DNA亦是相望于江湖

最近一个很火的“惊天大揭秘”:美国California大学和Memorial Sloan-Kettering Cancer Center的研究团队,首次完成了人类对单个DNA分子复制画面的观察和摄录,并在《Cell》发文介绍此次惊人发现:DNA复制的自主性和随机性远超人们的想象。

还记得高中课本上关于生物体内DNA复制的基础知识:DNA双螺旋的两条链方向相反,聚合酶在这两条单链上的工作方式有所差异。在前导链(leading strand)上,聚合酶持续移动,连续合成新的双链DNA。而在滞后链(lagging strand)上,聚合酶间断式作用,先形成冈琦片段[1](Okazaki fragment),再由复制复合体[2](replisome)中连接酶拼接生成完整双链。

前导链和滞后链上的DNA聚合酶在某种程度上相互配合协调,保持复制速度基本一致,不会出现一条单链上的聚合酶抢先于另外一个。

然而,最新研究的拍摄结果显示,在DNA复制时,前导链和滞后链高度独立复制。各链复制的启动、终止和速度变化极富随机性,无法预测。但在一定的时间长度内,各链均以一个平均速度进行复制。对多条链的复制情况观察表明,它们的平均速度竟然相同!什么?前导链和滞后链上的聚合酶竟然不是相濡以沫、彼此协调!!我不知道你什么时候停住脚步,也不知道你何时开启征程,我随着自己的心意走走停停,赤裸裸地相忘于与江湖。到最后,我们竟然都完美的与母链匹配,各自任性而又独立地完成生命的复制,这是冥冥之中“命运”的安排吗?

传统看法认为,大多数生物内的DNA复制都是从固定的起始点以双向等速方式进行。复制叉从DNA分子上某一特定顺序起始,各单链以不同方向等速生长前进。然而,新的随机观点的产生,颠覆了人们对DNA体内生物合成(复制)的认知,更加精确地补充了DNA的生物合成过程——单分子水平独立自主、不可预测,但整体依然保持着遗传信息的稳定传递,周而复始。合以生好奇新研究中DNA复制的随机停止和变速启动到底由什么指引?冈琦片段形成的起始、长度等因素,与新发现如何关联?复制复合体中各酶之间的工作协调、作用效率由谁支配?前导链和滞后链上聚合酶的高度自主活动是否也是“量子纠缠”[3]式作用,彼此之间其实有着鬼魅似的远距联系……实践出真知,DNA生物合成(复制)的认知已被改写,这必将为DNA的体外合成带来深刻的启发。

人工基因合成是指在体外人工合成双链DNA分子的技术,不需要母链作为模板。DNA聚合酶的唯一使命,就是在PCR过程中高效地完成单个核苷酸之间磷酸二酯键的生成,其工作效率不受生物有机体控制或影响。因此,人工基因合成的可操控性强,从设计到制造——简单粗暴。单分子的随机性、独立性,也许正是人工合成效率的基础。如今,人工基因合成已经步入了高通量合成与批组装的新阶段。泓迅科技Syno®3.0平台的基因合成组装专利技术,就已经具备成功实现多物种基因组合成的能力,可以组装长度超过100k bp的序列片段。

此次科学家们的惊人发现,将开辟人类思考DNA合成规律甚至其它生物学过程的新途径。合以生很好奇,随着对体内DNA复制机制的深入了解,体内看似“任性”的复制复合体,如何为提高体外人工基因合成效率提供启发及可能?如果进一步明晰体内DNA复制机制的策略,我们将有望继续提升合成效率。在现有高通量基因合成的基础之上,我们便可借此实现合成加速,更加高效精准地完成基因组、染色体组、合成型组体外合成••••••

科学的美妙在于随着研究的深入和经验的累积,不断的有新的事实被证明、旧的理论被完善。在这个轮回中,人们对生命体内DNA复制机制的理解将更加深入。当然,合以生也相信这些新的事实同样能为人工基因合成技术带来更多的启迪,让现有的人工基因合成技术继续快速升级。

[1] 冈琦片段:Okazaki fragment,相对较短的DNA链,是在滞后链不连续合成期间生成的片段。
[2] 复制复合体:replisome,一种多蛋白复合体,包括解旋酶、DNA聚合酶、连接酶、单链结合蛋白和其它辅助因子。
[3] 量子纠缠:粒子在由两个或两个以上粒子组成系统中相互影响的现象,粒子在空间上可能分开。
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