破解噬菌体特殊DNA有望对抗超级耐药菌感染

2021-04-30 08:19:08 来源: 科技日报 作者: 陈曦 赵晖

A图:关键酶PurZ参与的dZMP前体的生物合成图。

B图:多个酶参与的噬菌体Z-基因组的生物合成通路图。

C图:噬菌体SH Ab-15497基因组酶水解产物的液相色谱-紫外检测图。

D图:Z-DNA的体外酶切实验图。

科技日报讯(记者陈曦 通讯员赵晖)近日,天津大学张雁教授联合上海科技大学赵素文教授、美国伊利诺伊大学Huimin Zhao教授等研究团队,解析了一种特殊DNA的合成机制,并发现遍布全球的大量能感染细菌的病毒(这种病毒也称为噬菌体)都含有这种DNA。这项重大发现对生命起源、物种进化、系统生物学的研究具有重要理论意义。该成果潜在应用价值广阔,包括治疗超级耐药菌感染、新型纳米材料制备、DNA信息存贮等。论文4月30日在国际顶级学术期刊《科学》刊发。

据介绍,A、G、C、T四种碱基互补作用的DNA双螺旋结构构成生命中心法则的基础。目前唯一例外是1977年,科学家在感染蓝细菌的一株噬菌体中发现由Z、G、C、T组成的DNA。这类特殊DNA用二氨基嘌呤(Z)完全取代正常的腺嘌呤(A),与胸腺嘧啶(T)配对,形成更稳定的三个氢键,极大改变了DNA的物理化学特征,然而这类特殊DNA的合成机制及普遍性一直未解。

此次中国科学家找到催化这一特殊DNA合成的多个酶,不仅涉及Z的合成,还包括A的消除。该团队利用酶水解DNA再进行组分分析的传统方法,证实了地球上广泛存在含这类特殊DNA的噬菌体,并用最新一代的纳米孔DNA测序技术,对结果进行了进一步验证。

“我们发现了这种特殊DNA合成机制,从而能够实现低成本量产,拓展了DNA在新材料、信息存储等多方面的可应用性。“张雁教授介绍,通过设计DNA序列,使其在纳米甚至更小的尺度折叠成各种形状。新型DNA的Z碱基可以使DNA信息存储获得加密、分类等功能。

此外,抗生素滥用引起的超级耐药菌是人类医学面临的重大问题,抗生素在动物饲料以及食品防腐中的滥用也亟需替代。噬菌体是细菌的天敌,此次研究团队发现的这种特殊DNA不被细菌的防御机制识别,装备了这类DNA的噬菌体对细菌更具杀伤力,作为广谱性杀菌生物制剂在医药、畜牧养殖、食品防腐等领域的应用也具有广阔前景。

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责任编辑:冷媚
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