非天然碱基基因密码扩展DNA数据存储的机遇与挑战

目前,传统的存储技术主要将硅基材料作为存储介质,但全球现有的硅资源却无法满足日益增长的数据存储需求。随着数据时代的发展,存储技术创新面临新的挑战。在自然界,DNA分子储存着丰富的遗传信息。从化学生物学的角度分析,将DNA分子作为介质进行数据信息存储有望为存储技术的创新提供一个新机遇,而非天然碱基核苷酸可以扩充遗传字母表,增加DNA存储容量,但在其实际应用方面,目前还有很多问题待解决。该文综述了DNA存储技术的研究进展,对当前DNA存储现状、待解决的技术难题与发展前景等进行了分析;并在此基础上,介绍了非天然碱基对(UBPs)作为合成生物学的一个新方向在DNA信息存储领域的潜在优势和技术挑战。

非天然碱基dB和dS光物理过程的理论研究

本文采用高精度多参考态的完全活化空间多组态二阶微扰方法(MS-CASPT2),研究了2个非天然碱基(UNB)dB和dS的光物理机理.具体来说,分别计算了这2个结构的基态和激发态上的极小能量结构、势能面交叉结构以及连接这些交叉结构的线性内插路径,同时得到了这些结构相对应的能量.基于这些计算结果,我们推测dS和dB分子在紫外线照射下均跃迁至S1电子态.随后,dS可以通过dS-S1T1和dS-S1S0锥形交叉结构发生解离,因此该结构作为非天然碱基的光稳定性可能较弱.相反,对于结构dB,被激发到S1态后,其表现出的光稳定性相较于dS更强.本工作不仅对由dB-dS组成的两个非天然碱基的光诱导过程提供了详细的理论依据,而且有助于未来设计性能更好的新型非天然碱基.

从人造碱基重议天然碱基结构、性质与功能

自然界中,碱基的互补配对对DNA双螺旋的结构稳定与功能实现有重要作用,也是高校相关生物化学、分子生物学、化学生物学、生物有机化学等课程教学的重要内容。近年来随着人造碱基的逐渐发展,合成生物学极大地拓宽了碱基结构与互补配对的模式,同时也反映出教学中对于天然碱基互补配对的一些不当或不完善的认识。本文从最近的人造碱基配对入手,分析其设计本质和应用特性,并借此重新认识天然碱基配对的结构与性质,探讨传统教学中不当的论点,以期对教学与科研有助。

化学合成碱基对及其DNA结构性能研究新进展

DNA是储存和传递遗传信息的主要物质基础,是生物遗传和生命进化的"中心".碱基是DNA分子中最重要的"官能团",在基因遗传信息的传递中起着主导作用.化学合成碱基对扩充了遗传信息字母表,提高了遗传密码的多样性,受到了化学以及生物学界的广泛关注.本文综述了近几年有关化学合成碱基及其DNA结构性能的研究进展.首先介绍了化学合成碱基对的设计合成策略,分别概述了含有亲水性碱基对、疏水性碱基对的研究进展,重点对荧光碱基及其DNA链结构和生物学性能的研究进展进行了论述,最后对化学合成碱基在生物学领域的应用及发展前景进行了展望.

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。

合成生物学中的正交遗传系统

并行、独立的正交系统是合成生物学的重要研究基础之一,这个系统与自然界的生物系统及其组成交叉很少或没有交叉。它的组成包括非天然碱基对、移位密码子、非天然氨基酸、正交的氨酰tRNA合成酶、RNA聚合酶和启动子、正交核糖体等。这些正交系统的组成部分可以一起组成系统发挥作用,也可以各自单独在生物体系中应用,它们给生物带来新的特性,也为研究人员提供了新的生物学研究方法。