作为地球生物遗传物质载体的DNA，在几十亿年前就已经出现。四种分子以神奇的方式组成了双螺旋结构，不同形式互补的碱基配对序列，决定着DNA所携带的遗传信息。那么假如将其中的一类配对分子替换成其他物质，会对我们的DNA产生什么影响呢？

在20世纪70年代的研究中发现，在一种叫做S-2L的噬菌体的DNA序列中，其分子腺嘌呤（A）被简称为Z的2-氨基腺嘌呤取代了，而且在A被Z所取代后，与胸腺嘧啶（T）形成了一种更强的键合，这种更强健的Z-DNA（含有Z的DNA），能够帮助噬菌体更好地抵抗细菌中的某些蛋白质。

但是很多问题依旧没有被解答，比如：这种Z-DNA究竟是如何运作的？它对于地球生物是否具有普适性？这种噬菌体中的A是如何变成Z的？

人类对此的探索一直没有停止。

在2021年4月末，《科学》杂志刊登了三篇研究报告，展示了科学家对Z-DNA的探索成果。这些研究结果表明，Z-DNA的存在比以为的更加广泛，并揭示了这些噬菌体是如何制造出Z以及植入基因指令之中的。

这一系列新的研究证明Z-DNA远比以为的广泛，还对地球上的生命起源、寻找其他星球上的生命具有启发作用。而且，Z-DNA在生物医学、合成生物学、材料科学和计算上也都将有其潜在应用。

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DNA是地球生物的遗传物质，核苷酸是DNA的关键组成，核苷酸长链中的序列决定了DNA所携带的遗传信息。关于这个DNA的核苷酸序列，一段耳熟能详的故事是这样说的：

几十亿年前，地球上出现了四种分子——腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶，这四种分子以某种神奇的方式组成了DNA的双螺旋结构，为地球生命提供了遗传密码。通常，我们用A、G、C、T这四个字母来表示这四种自然碱基。根据标准的沃森-克里克碱基配对，当两条DNA链以双螺旋形式缠绕时，链上的碱基会以A对T、C对G的形式互补配对。

然而在1977年，一组俄罗斯科学家报告说，在一种叫做S-2L的噬菌体中，发现腺嘌呤（A）被简称为Z的2-氨基腺嘌呤取代了。S-2L是一种能感染蓝藻细菌的噬菌体。当时，研究人员发现当这种噬菌体的两条螺旋链要分开时，会出现一些奇怪的现象：与A和T之间的键合相比，G-C之间的键合需在更高的温度下才能解开，而这种噬菌体的DNA仿佛主要是由G-C构成的。

在进一步分析后，他们发现在这种噬菌体中，A被Z所取代，与T形成了一种更强的键合。

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法国生物学家Philippe Marlière参与到了其中两篇论文的研究工作中。上世纪90年代，当时正在巴黎法国巴斯德研究所工作的Marlière想要寻找与已知生命不同的例子，他偶然发现了关于噬菌体S-2L的研究。在获得病毒样本后，Marlière与同事对S-2L的基因组进行了测序。

通过测序，他们发现了一种基因，这种基因能编码一种被称为PurZ的酶，而PurZ是一种可能参与到了制造Z碱基的第一个步骤中的酶。但在当时，已有的基因组数据库中并没有与之匹配的序列，因此研究小组对Z碱基的探索陷入了死胡同。

在很长一段时间里，科学家们只知道Z-DNA仅存在于S-2L中，因此这被认为是一种非常罕见的基因组。到了2015年，Marlière所领导的研究团在一种感染了弧菌属水生细菌的噬菌体中，发现了含有一段与S-2L基因组序列相匹配的基因，这种基因所编码的一种酶与细菌用来制造腺嘌呤的酶很类似。

上海科技大学的赵素文（Suwen Zhao）所领导的团队是第三篇论文的作者，他们通过基因组测序发现得到了与法国研究人员相似的结论，即在这类噬菌体中，都含有一种能编码PurZ的基因，PurZ这种酶在细菌细胞中存在制造碱基Z的早期过程中起着重要作用。接着，他们还发现了在噬菌体感染的细菌基因组中编码的其他酶。

但是，还有一个关键问题是未知的，即虽然他们已经发现了与Z的产生有关的酶，但这并不能解释噬菌体是如何排除A碱基，并将Z碱基插入DNA链的。

在这一问题上，中法研究团队得出的结论略有不同。法国科学家认为，在弧菌噬菌体的基因组中，除了PurZ之外，还有一种聚合酶，这种酶可以复制DNA链。他们认为，噬菌体聚合酶将dZTP插入到DNA中，同时对A碱基进行“抵制”，因此将A碱基排除在外。

赵素文团队认为，这或许并非故事的全貌。她的工作表明，还需要另一种能将dZTP保存在细胞内的噬菌体酶存在才行。她的团队发现，增加dZTP的含量，足以欺骗细胞自身的聚合酶制造Z-DNA。

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文章来源：《探索科学》 网址: http://www.tskxzzs.cn/zonghexinwen/2021/0617/1969.html