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。

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。

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。