自然界所有生物体的遗传字母包含 A（Adenine，腺嘌呤）、T（Thymine，胸腺嘧啶）、C（Cytosine，胞嘧啶）和 G（Guanine，鸟粪嘌呤）等碱基，其中 A 与 T 配对，C 与 G 配对，并且能组成 64 种密码子以及 20 个胺基酸，随机组合以产生不同的生命。接着，2017 年 11月，美国 Scripps 研究所的研发团队合成出自然界中不存在的 X-Y 碱基对和相应的胺基酸，进而创造包含 ATGCXY 等 6 种碱基的全新生命体。
因着科学的进步，带给人类新的盼望和光景。近日，以佛罗里达州 Alachua 应用分子演化基金会创始人 Steven Benner 博士为首的研究团队成功创造出由八种遗传字母组成的双链 DNA 及其合成系统，把它命名为“hachimoji”，由八和字母的日文发音“hachi”和“moji”组成，包含 ATCG 四种原本天然碱基以及 PBZS 四个新合成碱基，其中 Z 和 P 互相配对，以及 S 和 B 配对，它们均可无缝融入 DNA 的螺旋结构，保持其自然形状。此外。该分子结构和功能与天然的 DNA 分子相似，可以储存遗传讯息，甚至被转录成RNA。该研究发表在《Science》期刊上。
Hachimoji DNA的八字母合成系统。Millie Georgiadis /印第安纳大学医学院动画
该研究团队创造出数百个合成 DNA 分子，发现八种字母能被预测地联系在一起，而且不管碱基合成排列顺序如何，其双股螺旋结构都能够保持稳定。他们也将新碱基整合到双链寡核苷酸中，然后发现该分子的氢键断裂形成单链分子的平均温度在预测值的 2.1℃ 以内，与标准 DNA 寡核苷酸的误差范围类似，具可预测的热力学稳定性。然后，他们以三种不同 Hachimoji DNA 寡核苷酸高分辨率晶体结构分析证实其结构的相似性。
虽然 Hachimoji DNA 的外观和表现与标准 DNA 相似。然而，前者是很难骗过生物体内能够读懂和处理核酸的相关酶。因此，他们尝试从许多噬菌体 RNA 聚合酶变体中，找出一种能帮助 Hachimoji DNA 转录成 RNA 的关键 RNA 聚合酶。然后他们发现，利用该 RNA 聚合酶将结合能发出萤光的 RNA 片段的 Hachimoji DNA 转录后的 Hachimoji RNA 也能够发出萤光。
产生功能性 Hachimoji RNA 的能力为 RNA 生物技术领域开辟了许多可能性。RNA 能作为催化分子，所以使用新型核苷酸链，则可以产生更多官能团，它们能与目标分子进行不同类型的交互作用，并且增加催化范围。Hachimoji DNA 甚至能与其他不同碱基对的人工合成核苷酸相互结合，进而进一步提升其功能。Benner 博士表示，他们将尽快在活细胞中试用其 Hachimoji。
值得思考的是，遗传字母的增加是否会使 DNA 及生物体变得更好？在理论上，将会有更多的生命讯息诞生，或者可望将自然界中不存在的全新分子应用于制造新材料、诊断疾病或开发新药。此外，6 个字母有 256 个密码子，8 个字母有 4096 种密码子 。因此，未来除非有人创造出能够阅读 Hachimoji 密码子以及合成出具有新功能的合成蛋白质的细胞机器，否则该研究几乎毫无意义。
延伸阅读：颠覆双股螺旋！ 人类活体细胞首见四联体 DNA参考文献：
1. Nature. vol 551, p 644–647 ,30 Nov 2017.
2. Science. Vol 363, p 884-887, 22 Feb 2019.
3. https://www.wired.com/story/doubling-our-dna-building-blocks-could-lead-to-new-life-forms/
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