科學人 發行日期:2013/1 刊號:131
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10大奇想.改變未來

撰文╱賈布爾(Ferris Jabr)

 為胎兒的基因組定序、商用無人飛機、電子紋身感測器,這些看似遙遠的科學研究,即將進入我們的生活!

科學家與工程師的夢想是提出可以改變世界的創見,然後試著實現這些夢想。Scientific American網羅了10個可望改變世界的科學奇想,包括不需要DNA的另類生命、以油淨水以及血糖發電等。這些研究並非不切實際的奇想,而是可以實踐的科學突破,有些已經獲得證實、有些已經有了雛型,並蓄勢發展成更大的規模。每一個科學奇想都有潛力達成目前認為不可能的任務。

不需要DNA的另類生命
以合成分子為基礎的人造生物,也能繁衍和演化!


DNA已經過時了!合成生物學家發明了一批稱為異核酸(xeno nucleic acid,
XNA)的新分子,不僅擁有去氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)的功能,還有其他特別的才藝。XNA讓科學家能在實驗室裡安全創造不需要DNA也可生存並演化的生命型式。

英國醫學研究委員會分子生物學實驗室的霍利格(Philipp Holliger)解釋:「若沒有儲存和複製遺傳資訊的系統,就不會有生命。但DNA和RNA其實並不特別,至少有六種以上的聚合物也能執行相同功能。地球上的動、植物只使用DNA和RNA,純粹是生命起源時的意外。」

XNA和DNA一樣有著類似旋轉階梯般的構造。DNA含有四種不同的核苷酸鹼基,以字母A、T、C和G表示,鹼基構成了台階的部份;磷酸和糖分子則為兩側的骨幹。30年來,科學家嘗試調整糖分子,來製造可與DNA結合的人造核酸,做為醫學研究工具。

霍利格在合成XNA時,不僅修改DNA的糖分子,甚至用完全不同的分子取代,例如環己烷(cyclohexane)和蘇糖(threose);同樣重要的是,他們還製造了可作用於XNA的酵素,構成了完整的遺傳系統。

酵素讓XNA得以演化,是其他人造核酸做不到的事。在活細胞內,聚合酶會切割、複製並剪接DNA來讀取遺傳資訊,若沒有酵素與DNA的交互作用,DNA就像書架上積滿灰塵的百科全書一樣。霍利格把天然聚合酶改造成可把DNA轉換為XNA、XNA轉換為DNA,建立一套儲存和傳遞遺傳資訊的全新系統,這是演化的基礎。XNA中的去水己糖醇核酸(anhydrohexitol nucleic acid, HNA)能可靠保存遺傳密碼的改變,並能演化出越來越準確的蛋白質結合能力。

一旦霍利格改進了XNA和相關酵素功能,這套分子就可取代活細胞內的DNA和RNA。例如研究人員可抽出簡單細菌的DNA,然後以XNA取代。

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