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重磅!清华朱听团队实现镜像DNA信息存储:自然环境条件下可储存一年之久

前瞻网    2021-08-04 11:05

自然状态下的DNA,会经过精巧的进化来存储遗传信息。手性倒链L-DNA具有相同的信息能力,但耐生物降解,可作为一个健壮的生物正交信息库。

在一项新的研究中,清华大学生命学院朱听课题组的研究人员们用化学方法合成了一个90 kda的高保真镜像Pfu DNA聚合酶,它能够精确组装一个千碱基大小的镜像基因。

重磅!清华朱听团队实现镜像DNA信息存储:自然环境条件下可储存一年之久

据悉,研究人员们用聚合酶在L-DNA中编码路易斯·巴斯德1860年的一段话,这段话第一次提出了生物学的镜像世界。

为突破全化学合成对蛋白质大小的限制,研究团队通过将嵌合的D-DNA/L-DNA关键分子嵌入到D-DNA存储库中,来实现手性隐写。

团队将全长为775个氨基酸的Pfu DNA聚合酶分割为长度为467个氨基酸和308个氨基酸的两个片段分别合成,将其混合后共同复性,使其正确折叠为具有完整功能的90 kDa高保真镜像Pfu DNA聚合酶,为目前已报道最大的全化学合成蛋白质;研究者还利用该高保真镜像聚合酶组装出长达1.5 kb的镜像16S核糖体RNA基因,为目前已报道最长的镜像DNA。

此外,他们发现保存在自然环境条件下(当地池塘水中)的微量L-DNA条形码,在1年内仍可扩增和测序;而在相同条件下的D-DNA条形码,在1天后就已经无法扩增。背后原因只有一个:它们的手性不同。

该实验中首次使用的大型镜像蛋白质全化学合成策略及千碱基长度镜像基因的组装技术,解决了长期制约镜像生物学领域发展的大型镜像生物分子的制备难题。这些新一代镜像分子工具可能会改变先进镜像生物系统的发展,为实现镜像中心理论及其应用探索铺平道路。

同时,研究者还开发了基于镜像硫代磷酸DNA的镜像DNA边合成边测序技术。相比于该课题组此前开发的镜像DNA化学测序,新技术在测序读长、准确性、可操作性等方面都具有明显优势。

上述高效、高保真的镜像DNA序列组装与扩增系统,结合简便实用的镜像DNA测序技术,为实现镜像DNA信息存储创造了条件。

上述研究成果以“利用高保真镜像Pfu DNA聚合酶实现生物正交的镜像DNA信息存储”(Bioorthogonal information storage in L-DNA with a high-fidelity mirror-image Pfu DNA polymerase)为题,于2021年7月29日发表在Nature Biotechnology杂志上。

译/前瞻经济学人APP资讯组

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