功能性人造碱基分子的修饰及动力学研究

概述了近些年来功能性人造碱基分子的修饰及动力学研究方面的国内外现状,并结合本团队近几年在碱基分子的修饰和功能调控研究方面所做的相关工作,在理论分析碱基分子的光电磁性质的同时,进一步阐述对人造碱基分子进行修饰的策略,探讨理论计算在功能性碱基分子设计与合成中所发挥的作用,以期能从生物物理和化学的角度为功能性分子的调控研究提供一些有意义的参考。

人造碱基与人工合成生命

文章就人造碱基及相关人工合成生命领域内的代表性研究成果进行了全景式综述,着重介绍了氢键互补及疏水性两种最为主要的人造碱基对,探讨了具有里程碑意义的六核酸分子人工合成生命及其对合成生物学未来发展的影响,简单综述了人造碱基在DNA检测诊断试剂盒等方面的成功应用实例。最后对这一研究领域的前景和面临的挑战进行了展望。

化学合成生物学的研究进展

化学合成生物学作为化学与合成生物学交叉融合的产物,对遗传密码、新型生化途径的工程化拓展具有重要意义。它通过创造自然界中不存在的或改造现有的生物系统,合成非天然核酸、氨基酸和蛋白质,以理解生命本质并创新生物技术,构建非生命与生命物质间的联系,为医药、材料、制造、环境等领域提供创新解决方案。近年来,化学合成生物学迅速发展,成为化学、合成生物学领域的研究前沿与热点,非天然核酸、非天然氨基酸、正交遗传系统的开发取得了一系列的进展。研究者通过理论计算和实验验证,成功设计了一系列具有氢键特性的非天然碱基、镜像核酸,深化了生物与非生物关系的认知;通过非天然核酸和正交的tRNA/氨酰tRNA合成酶干扰肽链延长步骤,将非天然氨基酸的插入从原核生物扩展至真核生物和多细胞生物,增加了生物分子的化学多样性;通过开发非天然核酸的聚合酶和连接酶,以及改造正交翻译系统的氨酰tRNA合成酶和tRNA,构建了新型正交遗传系统,实现高效复制、转录与翻译。在使能技术的开发方面,非天然元件的设计与合成、正交遗传系统的设计、无细胞系统的开发与运用、人工智能在设计与测试等环节的运用,赋能化学合成生物学应用发展。这些基础研究与技术创新的发展,为诸多领域的开发提供了创新的解决方案,促成了应用领域的新发展。