谁把z放入DNA?-

数十种病毒似乎使用不同的DNA碱基

奇怪的DNA帮助病毒抵抗宿主的防御。

两种化学结构的形象。
扩大 /正常的DNA使用腺嘌呤(左),而一些病毒使用二氨基嘌呤代替。

DNA是每种生物体使用的遗传物质。但是,在几个边缘案例中,DNA - 腺嘌呤,胸苷,胞嘧啶和鸟嘌呤发生的四个基础。在病毒中,事情更灵活,许多使用RNA而不是DNA作为它们的遗传物质。在所有这些情况下,遗传物质中的基础配对根据詹姆斯沃特森和弗朗西斯克里克首次提出的规则进行。

到目前为止,只有一个例外,那就是一种病毒,它感染细菌并使用自己看似独特的碱基。但研究人员最终进行了更详细的研究,他们发现这种“Z-DNA”似乎被数十种病毒所使用。

不是那个z.

令人困惑地,还有一些叫做Z-DNA的东西。我们细胞中的DNA具有右手曲线,称为B-DNA,其双螺旋。但是,也可以具有左手曲线的双螺旋,称为Z-DNA。

DNA并不是脱氧核糖核酸。该DNA的特征在于,底座,无处可见,其经历不同类型的碱基配对。二氨基嘌呤,尴尬地缩写为Z,在结构上类似于正常DNA中发现的腺嘌呤(A)。但是二氨基嘌呤具有额外的氮气悬挂在一侧,使其具有与A的正常伴侣胸苷(T)形成额外的氢键。因此,Z-T碱基对将DNA的双螺旋持续多于标准A-T配对。

含有二氨基嘌呤的DNA称为Z-DNA。自1979年以来,我们就知道它以一种叫做S-2L的病毒的形式存在于自然界中,它会感染蓝藻细菌。但直到现在,我们还不知道这种病毒是一次性的怪现象,还是代表着生物冰山一角,因为我们还没有发现很多病毒在使用它。同样重要的是,我们甚至不确定它最初是如何被纳入病毒的。

一大群的研究人员在很大程度上来自中国,决定弄清楚这里发生了什么。他们通过搜索S-2L病毒的基因组来弄清楚它是否编码了不寻常的东西。

制作z.

S-2L病毒基因组中存在的一个基因编码一种蛋白质,这种蛋白质与细胞用来制造腺嘌呤的蛋白质有关,腺嘌呤是与Z/二氨基嘌呤最相似的碱基。然而,仔细观察它编码的蛋白质,就会发现参与催化化学反应的几种氨基酸是不同的。这些变化影响了哪些分子可以进入基因编码的蛋白质的催化位点。对其他病毒基因组的研究表明,在数十种其他病毒中也发现了其中一种特定的变化。

研究人员制造了一些病毒蛋白,并用正常版本的酶使用的原料培养。他们发现,该蛋白质代替腺嘌呤的前体,使Z /二氨基嘌呤的前体。在细菌中发现的另一种酶然后将其转化为成熟的Z-DNA碱。因此,病毒携带它需要制作自己的Z-DNA的一切。

研究人员观察了几十种具有这种基因相似版本的病毒,发现它存在于包含一些额外基因的基因组中。其中一个基因似乎参与确保周围有足够的化学前体可以转化为Z/二氨基嘌呤。另一种方法简单地去除所有与腺嘌呤相连的磷酸盐。这些磷酸盐对于利用腺嘌呤碱基形成DNA是必不可少的,因此该基因基本上耗尽了有用的腺嘌呤库,因此,细胞制造除Z-DNA之外的任何DNA的能力。

此外,所有这些基因通常与专门的DNA聚合酶一起发现,该酶使得新的DNA副本的酶。该酶适于在复制DNA时使用Z / Diaminopuline,但它也可以纳入正常碱基。

在任何情况下,研究人员发现超过60种病毒基因组,其含有这四种基因的某种组合。Z-DNA显然是病毒生命的常规特征。

但为什么?

显而易见的问题是为什么生命将遇到所有这些麻烦,以具有自己的化学上独树的DNA。答案是细菌如何保护自己免受病毒。其中一种主要的防御形式是识别DNA中特定序列并切割它们的酶。这些细菌以使其保持切割的方式化学改性其DNA,这意味着酶只会切割异物DNA,就像病毒的那样。

事实证明,Z-DNA不能被这些切割酶识别。所以病毒完全避免了这种防御。研究人员测试了多种切割酶,发现任何通常在目标点有a的酶都不能被切割。这表明Z/二氨基嘌呤基干扰了酶识别包含它的任何DNA的能力。对于研究人员在此测试的病毒中,任何腺苷碱都没有迹象 - 一切都是Z-DNA。

除了表明Z-DNA比单一病毒更广泛,存在很多有趣的含义。也许最重要的是二氨基嘌呤已经在陨石中鉴定,这表明它可以在没有太多麻烦的情况下自发形成。该发现与想法一致,即引起生命的一些化学物质可能已经从太空到达地球。然而,它会提出为什么二氨嘌呤最终在一些后来的腺嘌呤替代的原因。

DNA的其他形式也有很多潜在的用途。正如我们上面提到的,Z-T碱基对应该比A-T碱基对形成更稳定的相互作用;在研究人员将DNA用于结构或计算目的的情况下,这可能是有用的。一种不容易被大多数细胞中的蛋白质识别的DNA形式有很多潜在的用途。

最后,这只是一个有趣的迹象,尽管这么多年的研究,生活仍然会给我们一些惊喜。

科学, 2021年。DOI:10.1126 / science.abe4882.(对必须)。

图片由Getty/Tek图像/科学图片库列出

更正:得到正确的螺旋形式和聚合酶的碱基偏好的细节。

35读者评论

  1. 有趣的文章。

    小挑剔;我们细胞中的DNA主要是' b -螺旋'构象(而不是a -螺旋,它有一个更陡峭的螺距,如文章所述)。这里还有一个拼写错误:“tymidine”应该是“thymidine”。
    2687帖子|挂号的
  2. 也许结合得更紧密的DNA需要更多的能量来阅读、分裂和复制?也可能这种DNA更容易发生突变,所以任何进化成使用它的大型生物都会因癌症而遭受太多痛苦,从而无法茁壮成长?

    只是猜测。

    然而,未提及的东西是由细菌细胞机械读取或产生这种DNA,病毒如何使用该机器来复制自己?
    |注册了134个帖子
  3. DNA和RNA必须形成双链,它们必须有非常协调的亲和力,因为太弱的结合可能导致功能失调,但太紧密的亲和力也可能导致功能失调,因为二聚体在需要时可能不会解离。当设计亲和性太紧的寡核苷酸时,就会出现这个问题,因为寡核苷酸无法在细胞中解离,因此活性比预期的要低。可能2,4-二氨基嘌呤是DNA和RNA中核苷酸的一种古老形式,这些奇怪的病毒噬菌体可能是它最后的保留物,因为避免DNA酶的特殊需求弥补了它整体较低的功效。基因密码可能曾经有过好几个版本,但大多数都被我们现有的版本吞噬了(字面上的意思),因为它最适应它接管时的环境。也许,如果移动的手指再次书写,我们的基因存储和转录将会以某种不同的形式结束,但它已经在前进。
    |注册了5522个帖子
  4. 引用:
    在所有这些情况下,遗传物质中的基础配对根据詹姆斯沃特森和弗朗西斯克里克首次提出的规则进行。


    罗莎琳德富兰克林

    引用:
    最后,这只是一个有趣的迹象,尽管这么多年的研究,生活仍然会给我们一些惊喜。


    如果给我一千年的时间和一个能够承受这段时间的身体,我将到达终点,再要求一千年。有太多的东西要了解,我的欲望永远不会减弱。
    |注册了3292个帖子
  5. 引用:
    此外,所有这些基因通常与专门的DNA聚合酶一起发现,该酶使得新的DNA副本的酶。虽然尚不清楚,但似乎可能在复制DNA时适于使用Z / Diaminopuline。这可能意味着只要对最后段落中提到的酶消除有用的腺嘌呤碱基的酶,就可以简单地耐受它。或者它实际上可以掺入Z /二氨基嘌呤。


    自然文章实际上说,PRIMPol,S-2L的聚合酶优先纳入Z核苷酸的核苷酸。这就是为什么它需要DATZ蛋白在细胞中去磷酸化的数据,以迫使使用DZTP。

    这是一个合理的进化模型:细菌进化出ur-DatZ,并通过向邻近细胞注射IV型分泌系统来阻止它们的繁殖。另一种细菌产生了ur-PrimPol,这是一种突变的聚合酶,可以与dZTP结合,从而在第一个细菌的攻击下存活下来。一些水平基因转移之后,我们就有了可以合成DatZ和dZTP的细菌。这可能给了它一些保护,以对抗不能使用dZTP的DNA噬菌体。最终,这些基因在细菌转座子中结束,并被插入到一个攻击DNA噬菌体的基因组中,你就有了这个东西的祖先。

    最后编辑Pueo2021年4月30日星期五上午11:26

    |注册了432篇帖子
  6. 对我来说,这是惊人的。作为一个几乎没有遗传学背景的人,也许我可以想知道这种奇怪的生物学是否可以从病毒传播到其他类型的生命…
    |注册了853个帖子
  7. archtop写道:
    对我来说,这是惊人的。作为一个几乎没有遗传学背景的人,也许我可以想知道这种奇怪的生物学是否可以从病毒传播到其他类型的生命…


    也许;这可能取决于它需要多少能量/资源来制造Z-DNA而不是腺嘌呤,正如上面的海报所说,腺嘌呤的替代品是太稳定还是不够稳定。正如他们所说的,DNA需要足够稳定,不能随机解压缩,但也要在需要的时候解压缩,以便被复制。

    如果是前者,很可能是自然的选择将优化更容易成交腺嘌呤,如果是后者,它可能会导致大量突变或较慢的细胞分裂/再现率,这两个都没有有利于其中长期种类稳定。
    1424帖子|挂号的
  8. Pueo写道:
    引用:
    此外,所有这些基因通常与专门的DNA聚合酶一起发现,该酶使得新的DNA副本的酶。虽然尚不清楚,但似乎可能在复制DNA时适于使用Z / Diaminopuline。这可能意味着只要对最后段落中提到的酶消除有用的腺嘌呤碱基的酶,就可以简单地耐受它。或者它实际上可以掺入Z /二氨基嘌呤。


    自然文章实际上说,PRIMPol,S-2L的聚合酶优先纳入Z核苷酸的核苷酸。这就是为什么它需要DATZ蛋白在细胞中去磷酸化的数据,以迫使使用DZTP。

    谢谢 - 以某种方式错过了在我的注意事项中。相应地纠正了故事。
    8861帖子|挂号的
  9. 这能成为一种针对多种病毒的治疗方法吗?如果一堆病毒都有这些Z-T对,而其他生物体没有,这对我来说似乎是可能的。但在这方面我是个门外汉。
    |注册了26个帖子
  10. 伟大的文章。谢谢你。保持这种级别的报告ARS!

    希望他们不是在一个叫浣熊市的地方研究Z-DNA。
    |注册了4671个帖子
  11. 格雷格恩写道:
    这能成为一种针对多种病毒的治疗方法吗?如果一堆病毒都有这些Z-T对,而其他生物体没有,这对我来说似乎是可能的。但在这方面我是个门外汉。



    如果我对摘要的理解正确(整篇文章是在付费墙后面),这些病毒只感染细菌,它们不是人类病原体。
    11606帖子|挂号的
  12. DarthSlack写道:
    格雷格恩写道:
    这能成为一种针对多种病毒的治疗方法吗?如果一堆病毒都有这些Z-T对,而其他生物体没有,这对我来说似乎是可能的。但在这方面我是个门外汉。



    如果我对摘要的理解正确(整篇文章是在付费墙后面),这些病毒只感染细菌,它们不是人类病原体。


    好吧,我没有长时间才能展示我缺乏知识。谢谢(你的)信息。
    |注册了26个帖子
  13. 杰博士写道:
    Pueo写道:
    引用:
    此外,所有这些基因通常与专门的DNA聚合酶一起发现,该酶使得新的DNA副本的酶。虽然尚不清楚,但似乎可能在复制DNA时适于使用Z / Diaminopuline。这可能意味着只要对最后段落中提到的酶消除有用的腺嘌呤碱基的酶,就可以简单地耐受它。或者它实际上可以掺入Z /二氨基嘌呤。


    自然文章实际上说,PRIMPol,S-2L的聚合酶优先纳入Z核苷酸的核苷酸。这就是为什么它需要DATZ蛋白在细胞中去磷酸化的数据,以迫使使用DZTP。

    谢谢 - 以某种方式错过了在我的注意事项中。相应地纠正了故事。


    'tymidine'在第四段仍然存在。
    1625帖子|挂号的
  14. 然而,未提及的东西是由细菌细胞机械读取或产生这种DNA,病毒如何使用该机器来复制自己?


    细胞的限制性内切核酸酶对Z-DNA造成麻烦的原因可能是因为额外的胺混合在较小凹槽中核肉酶的核肉识别。

    虽然细胞dna聚合酶不能将dZTP并入新链中,但使用含有z碱基的dna链作为模板链,细胞mRNA聚合酶和核糖体似乎没有同样的问题,可能是因为这些酶主要与链主链和二氨基嘌呤碱基对相互作用,与细胞tRNA感觉密码子中的rUTP和尿嘧啶碱基对很好。

    所以病毒使用细胞的转录和转译机制来制造dna聚合酶,然后病毒用它来进行dna复制因为细胞的dna复制机制对Z-DNA不起作用。

    最后编辑Pueo2021年4月30日星期五12:21

    |注册了432篇帖子
  15. 然而,未提及的东西是由细菌细胞机械读取或产生这种DNA,病毒如何使用该机器来复制自己?


    也许Z-DNA状态优势主要是防御性,并且在普通的DNA形式的病毒之后被擦除

    引用:
    对于研究人员在此测试的病毒中,任何腺苷碱都没有迹象 - 一切都是Z-DNA。


    Z-DNA形式偶尔会突变成普通的DNA形式,这可以劫持细菌的细胞机制。换句话说,优势在于能够保持低调,但保持坚持。
    572帖子|挂号的
  16. DarthSlack写道:
    格雷格恩写道:
    这能成为一种针对多种病毒的治疗方法吗?如果一堆病毒都有这些Z-T对,而其他生物体没有,这对我来说似乎是可能的。但在这方面我是个门外汉。



    如果我对摘要的理解正确(整篇文章是在付费墙后面),这些病毒只感染细菌,它们不是人类病原体。


    对,那是正确的。均匀地将噬菌体称为“病毒”,如本文所做的那样,在技术上是错误的,但非常误导,特别是如果没有给予免责声明。

    在这个领域,没有人会想到“病毒”,而指望观众会认为是“噬菌体”。它创造了一个错误的环境。
    有105个帖子在|注册
  17. 格雷格恩写道:
    这能成为一种针对多种病毒的治疗方法吗?如果一堆病毒都有这些Z-T对,而其他生物体没有,这对我来说似乎是可能的。但在这方面我是个门外汉。


    蘑菇纸Lepista vertersa.,具有2,6-二氨基嘌呤(DAP)的参考,用于抗血尿嘧啶治疗,并据报道施用抗病毒和miRNA抑制活性“并表明它用于纠正”无意义突变“。
    https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32198346/

    此外,在John的评论中,从这篇1998年的论文中,DAP增加了热稳定性(这可能是感染蓝藻细菌的一个特征)。
    https://academer.oup.com/nar/article/26/19/4309/1051598
    https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/pmc147870/
    526帖子|挂号的
  18. “一种不容易被大多数细胞中的蛋白质识别的DNA形式有很多潜在的用途”

    是的......主要是。因为大多数病毒取决于与细胞蛋白的功能相互作用以复制。有点让他们病毒 - 劫持蜂窝机械和所有这些。因此,如果您想以不被蜂窝蛋白识别的格式提供DNA,则您确实不得不尽可能多地进行复制和您希望的东西。
    我考虑过一点(不是很多),因为我想在基因治疗中,也许我们可以让制造细胞系制造DNA它可以抵抗细胞中的破坏机制,但仍然利用帮助复制的功能。但我可以想象,它们是如此的纠缠在一起,这可能是不可能的。
    541帖子|挂号的
  19. 对我这个生化看台迷来说真是太棒了。

    维基百科似乎没有意识到这一点。 https://en.wikipedia.org/wiki/2,6-Diaminopurine

    这篇文章需要一个消除歧义的链接或页面: https://en.wikipedia.org/wiki/Z-DNA
    1帖|注册
  20. 也许结合得更紧密的DNA需要更多的能量来阅读、分裂和复制?也可能这种DNA更容易发生突变,所以任何进化成使用它的大型生物都会因癌症而遭受太多痛苦,从而无法茁壮成长?

    只是猜测。

    然而,未提及的东西是由细菌细胞机械读取或产生这种DNA,病毒如何使用该机器来复制自己?


    从这篇文章中我的外行理解是:病毒有一种成分,可以改变细菌的机制,消耗“正常”DNA的原材料,并使Z-DNA的原材料可用。换句话说,它改变了细菌,使其能够被创造出来。看起来就像是把一些新软件引导到一台电脑上。
    |注册了5384篇帖子
  21. DarthSlack写道:
    格雷格恩写道:
    这能成为一种针对多种病毒的治疗方法吗?如果一堆病毒都有这些Z-T对,而其他生物体没有,这对我来说似乎是可能的。但在这方面我是个门外汉。


    如果我对摘要的理解正确(整篇文章是在付费墙后面),这些病毒只感染细菌,它们不是人类病原体。


    我们真的知道这是事实吗?或者只是在其他类型的病毒中没有发现?

    毕竟,40多年来,我们认为Z-DNA只存在于一种病毒中,而现在我们发现它实际上一直存在于数十种病毒中。
    |注册了5384篇帖子
  22. 也许结合得更紧密的DNA需要更多的能量来阅读、分裂和复制?也可能这种DNA更容易发生突变,所以任何进化成使用它的大型生物都会因癌症而遭受太多痛苦,从而无法茁壮成长?


    我的猜测:从我的外行人的阅读来看,我同意Z-T对似乎比a - t对更稳定(即,需要更多的能量来分裂和复制,尽管不一定是阅读)。

    但从那时,我的猜测是相反的:更稳定可能会变得更加稳定,突变较少。对于物种的长期生存有益,但如果您居住在变化的环境中并且必须进化。

    基本上,病毒本身最终可能会在进化中被竞争淘汰,只在几个小生境中存活。

    再次,只是一个外行人的猜测。
    |注册了5384篇帖子
  23. Gmerrick.写道:
    伟大的文章。谢谢你。保持这种级别的报告ARS!

    希望他们不是在一个叫浣熊市的地方研究Z-DNA。


    你先我一步。这似乎是显而易见的-带有Z-DNA的病毒当然应该被归类为z -病毒…
    |注册了44个帖子
  24. 我们是所以幸运的是,这不是一个Q-base ......
    |注册了15455个帖子
  25. 砒霜是我们的毒药;你认为可能是他们的?
    181个帖子|挂号的
  26. 所以…既然病毒不是活的,死亡会找到办法吗?
    |注册了15455个帖子
  27. 细菌和病毒一直在争夺霸权。我想我真的会担心一个人会永远抗拒另一个人。
    |注册了254个帖子
  28. 有趣的是,BioNTech的疫苗使用了类似的方法1号假尿苷出于类似的原因。

    --
    virve
    |注册了159个帖子
  29. 喜欢这个。生活为替代多样性提供了如此多的机会,但人类实际上已经成为思考的人,我们是进化智能产品的最高(持续的?)形式。

    一些真实的信息可以打破被“旧思想”和错误的文化习语所阻碍的悲惨的进步损失。
    2745个帖子|注册
  30. archtop写道:
    对我来说,这是惊人的。作为一个几乎没有遗传学背景的人,也许我可以想知道这种奇怪的生物学是否可以从病毒传播到其他类型的生命…

    因为病毒DNA可以并入宿主DNA这是可能的但可能对宿主没有任何好处。使用稍微不同的化学键可能会有缺点,这样引入的Z-DNA可能无法在选择中存活。
    111个帖子|注册
  31. 对于那些对历史背景感兴趣的人——早在1977年,噬藻体S2-L中的2-氨基腺嘌呤腺嘌呤取代事件就已为人所知。显然,这个怪癖已经引起了全世界生物学家的兴趣。

    2-氨基腺嘌呤是一种在S-2L噬藻体DNA中取代碱基的腺嘌呤。《自然》270,369 - 370(1977)。 https://doi.org/10.1038/270369A0
    |注册了14个帖子
  32. 如果病毒耗尽细胞腺嘌呤供应,这也破坏了细胞的其余部分的DNA表达,以及吗?但是,尽管如此,由于腺嘌呤也用于mRNA,我认为Z-DNA也转化为,但是聚合酶的不相容性可能会确保停机仍然存在。病毒还会带来自己的核髓质组,还是兼容的核糖体?

    我有很多问题,但这与我的专业知识相去甚远……我非常期待未来的研究!
    28个帖子|注册
  33. 引用:
    因此,病毒携带它需要制作自己的Z-DNA的一切。


    不是真的。这种病毒只携带一种酶的指令,而这种酶是制造Z-DNA的一个步骤所必需的。制造Z-DNA的所有其他步骤仍然由细菌完成。

    对我来说,这是整洁的伎俩的一部分。只需一个关键步骤需要与常规DNA的常规DNA与病毒编码的单一酶一起不同 - 并且其他一切仍然可以由主机处理。
    |注册了18724个帖子
  34. 如果我必须猜测DNA结构差异的目的,应该是细菌有某种防御外来DNA,而Z-DNA免疫(或部分免疫)。
    |注册了18724个帖子
  35. Hapticz写道:
    喜欢这个。生活为替代多样性提供了如此多的机会,但人类实际上已经成为思考的人,我们是进化智能产品的最高(持续的?)形式。

    一些真实的信息可以打破被“旧思想”和错误的文化习语所阻碍的悲惨的进步损失。


    好吧,截至2021年,我们绝对*是*最后形式的智能演进。

    我正在押注未来仍然是真实的。如果它在10002021 CE中仍然存在,我会给你买啤酒!
    |注册了5384篇帖子

你必须置评。

通道Ars Technica