2012年9月9日 訊 /生物谷BIOON/ --當(dāng)一個(gè)細(xì)胞發(fā)生分裂時(shí)，它通過復(fù)制DNA而傳遞遺傳信息,?；瘜W(xué)家們也了解DNA復(fù)制。如今,，根據(jù)發(fā)表在Angewandte Chemie期刊上的一項(xiàng)研究,，一個(gè)德國研究小組描述了一種新的復(fù)制技術(shù)：就像細(xì)胞那樣，利用單條DNA鏈作為“主要模板”,，但不需要酶,。不同于較早期的方法，它允許這條DNA鏈不僅按照大自然偏好的方向,，而且按照與當(dāng)前DNA合成技術(shù)相反的方向,，進(jìn)行逐步增長。
在一個(gè)細(xì)胞內(nèi),，DNA雙鏈在復(fù)制過程期間是按照片段進(jìn)行區(qū)分的,。其中一條鏈作為主模板發(fā)揮作用。聚合酶逐步地將對應(yīng)的核苷酸接合在一起從而形成新的互補(bǔ)鏈,，并且這條互補(bǔ)開始與作為引物的“起始片段”發(fā)生反應(yīng),。DNA鏈的骨架是五元糖環(huán)和磷酸基因交替排列組成的,。DNA鏈連接是在五元糖環(huán)的3'和5'氧原子上形成的。而自然增長是在3'方向發(fā)生,。
關(guān)于生命起源的一個(gè)問題是：在聚合酶存在之前,，大自然如何能夠復(fù)制DNA或RNA？自從20世紀(jì)80年代以來,，化學(xué)家們利用DNA合成儀產(chǎn)生DNA鏈,，但是在沒有模板或引物的條件下，DNA鏈序列是由加入試劑的次序而決定的,。只有利用保護(hù)性基團(tuán)抑制不受控制的反應(yīng)和按照程序加入試劑才能確保堿基序列是正確的,。這明顯不是大自然合成DNA的方式。但是當(dāng)酶不存在時(shí),，模板指導(dǎo)的引物延伸在化學(xué)上是如何發(fā)揮功能的,。
最近，不同的方法被用來開發(fā)一種被稱作化學(xué)引物延伸(chemical primer extension)的技術(shù),，這種技術(shù)涉及已激活的核苷酸和一種經(jīng)過稍微修飾的DNA引物的末端發(fā)生反應(yīng),。
來自德國斯圖加特大學(xué)的Clemens Richert、Andreas Kaiser和Sebastian Spies如今進(jìn)一步開發(fā)這種技術(shù),。他們發(fā)現(xiàn)保護(hù)性基團(tuán)是在溫和條件下移除的,，這樣利用引物和模板制造出類的DNA雙螺旋不會降解。這允許核苷酸和引物末端的反應(yīng)能夠依照要求被打開和關(guān)閉,，而且模板鏈上的序列信息能夠逐個(gè)核苷酸地被讀取,。若要這種技術(shù)發(fā)揮作用，模板和引物都被附著到微小球體上,。
就像在自動化合成儀中那樣,，這些試劑和構(gòu)建元件能夠在球體上流動,。引物通過堿基配對與模板結(jié)合,。來自周圍溶液中的一個(gè)合適的核苷酸停靠在模板上下一個(gè)空缺的結(jié)合位置上,。這個(gè)核苷酸隨后通過激活的磷酸單位結(jié)合到引物的活性末端,。這些應(yīng)當(dāng)發(fā)生反應(yīng)的結(jié)合位點(diǎn)發(fā)生化學(xué)變化而變得比天然DNA更加活躍。關(guān)于這種技術(shù)的特別事情是能夠在3'或5'方向控制DNA鏈延伸,。在自然中,，已知這并不發(fā)生。
迄今為止,，這種過程仍然非常緩慢,，而且局限于較短的序列。通過優(yōu)化反應(yīng)調(diào)節(jié)和更好的自動化來進(jìn)行改進(jìn)是可能的,。(生物谷Bioon.com)
doi: 10.1002/anie.201203859
PMC:
PMID:
Template-Directed Synthesis in 3′- and 5′-Direction with Reversible Termination
Dipl.-Chem. Andreas Kaiser1, Dipl.-Chem. Sebastian Spies1, Dr. Tanja Lommel2, Prof. Clemens Richert
A method for DNA-templated synthesis on solid support is described. Controlled, stepwise chain extension was demonstrated both in the direction favored by nature (3′-extension; see scheme) and in the direction typical for conventional DNA synthesizers (5′-extension).
