生物蛋白質只以 4 個核鹼基組成，但美國研究人員成功加入兩組「外來」新核鹼基。

從單細胞生物到人類，各種生物都由不同蛋白質組成，而蛋白質則是由不同的胺基酸 (Amino Acids) 組合而成。生物透過 DNA 中的 4 個核鹼基：adenine (A) 、thymine (T) 、cytosine (C) 和 guanine (G) ，以三個為一組形成 64 種「密碼子 (codon)」，例如：AGU、GGU 和 CGC 等。每組密碼子代表相應的胺基酸，例如 AGU 就是其中一個組氨酸 (Serine) 密碼子。不過，科學家並不滿足於這些組合，而歷年來不同科研隊伍也嘗試「擴展」此基因組合——讓生物利用不同胺基酸，製作更多蛋白質。

美國化學家 Floyd Romesberg 與研究隊伍則嘗試將全新核鹼基加到 DNA 中，以增加胺基酸組合。此意念最初源自 1960 年代初期，並在 1989 年由化學家 Steven Benner 率先成功在 DNA 中加入被修改了的 C 和 G 核鹼基。

20 年過去，Romesberg 則採用類似方法製作更多 DNA 分子。然而，這類 DNA 分子仍未算成功「加入外來核鹼基」。要確定擁有外來核鹼基的細胞「有功效」，研究人員要先肯定它們不會影響原來 DNA 結構和例如基因轉錄過程的功能。 終於在 2014 年和今年年初， Romesberg 和研究隊伍成功在大腸桿菌中加入一個新核鹼基組合： X 和 Y。可惜，兩次實驗的細胞分裂卻不太成功，而且 2014 年的大腸桿菌在過程中更不斷排斥外來 DNA。

最終在上月 29 日發表的報告中，Romesberg 和研究人員成功製造帶有外來核鹼基的細胞，並在發光蛋白質 GFP 中，加入兩種外來胺基酸 PrK 和 pAzF 。現時細胞可用到外來核鹼基，是因為研究人員改造了生物中的傳送核糖核酸 (Transfer RNA, tRNA) 。在正常情況下， tRNA 會「閱讀」密碼子，並將相應的胺基酸帶到核糖體 (Ribosome) 以製造蛋白質。研究人員指出，新加入的胺基酸雖未有改變蛋白質結構和功能，但仍可證明可於生物中加入外來核鹼基。

Romesberg 向《自然》透露，他們在另一個未發佈的實驗中，成功將外來核鹼基加入到細菌基因。加入外來核鹼基的細菌對盤尼西林類藥物的抗藥性亦有所減少。另外，Romesberg 的團隊至今發現了新出現的密碼子中，12 種有一定功能，但要實際應用尚有一段距離。應用分子演化基金化學家 Benner 則指，Romesberg 所用的方法需依賴較弱的疏水力 (hydrophobic force) 「穩定」核鹼基，未必在工業上有實質用途。

原文：
Nature, ‘Alien’ DNA makes proteins in living cells for the first time, 29 November 2017

報告：
Zhang, Y., Ptacin, J.L., Fischer, E.C., Aerni, H.R., Caffaro, C.E., Jose, K.S. ...& Romesberg, F.E. (2017). A semi-synthetic organism that stores and retrieves increased genetic information. Nature, 551. DOI: 10.1038/nature24659

文／Edward Ho、審核／Alan Chiu