科学家发现生命制造DNA的全新方式，颠覆分子生物学核心法则 ...

李250

《科学》报道，几十年来，生物学有一条被奉为圭臬的基本规则：DNA的复制必须以核酸为模板。这是高中生物课本的第一章，也是整个分子生物学的地基。
现在，斯坦福大学的一支研究团队将这个地基撬松了一块。他们在《科学》杂志发表研究，描述了一种在细菌体内发现的酶，它可以在完全没有核酸模板的情况下合成DNA，而是用蛋白质自身的结构作为蓝图。这一发现被研究者本人称为"生命产生DNA的全新方式"，在生物学界引发了广泛震动。
蛋白质充当模板，经典法则出现裂缝
要理解这个发现有多颠覆，需要先回到那条被打破的规则。
经典的DNA复制逻辑依赖碱基配对原则：腺嘌呤对应胸腺嘧啶，鸟嘌呤对应胞嘧啶，聚合酶沿着原有链一个碱基一个碱基地搭出互补链，复制完成。即便是RNA逆转录成DNA，走的也是同一套"以核酸为模板"的逻辑，HIV病毒正是靠这种机制将自己的遗传信息插入宿主细胞。
新发现的主角是一种名为DRT3的细菌防御系统，它的功能是保护细菌免受噬菌体（即感染细菌的病毒）的侵害。研究团队发现，DRT3包含两种逆转录酶：一种是常规的，以RNA为模板合成单链DNA；另一种则完全反常，它的活性位点内部含有一段氨基酸序列，这段序列能够模拟RNA模板的功能，直接指导DNA的合成。
换句话说，蛋白质本身就是模板。
"蛋白质充当了DNA序列的蓝图，"该研究的通讯作者、斯坦福大学生物化学家高亚历克斯说，"这让我们相当惊讶。这是生命制造DNA的一种全新方式。"
哈佛医学院生物化学家菲利普·克兰祖斯将这项研究描述为"突破性的"。麻省理工学院计算生物学家阿迪·米尔曼则指出，用蛋白质作为DNA合成的模板，"是对经典中心法则的一次有意义的概念性突破"。中心法则是分子生物学的核心框架，描述了遗传信息从DNA到RNA再到蛋白质的单向流动，长期以来被视为生命运作的基本逻辑。这一发现，相当于在这条单行道上发现了一条此前从未被标注的岔路。
从防御武器到潜在的生物技术工具
DRT3的出现不只是一个概念性的惊喜，它在现实层面的价值同样值得关注。
首先，这种机制在细菌中分布广泛，并非个别物种的生化奇异现象，这意味着它在进化上具有一定的普遍性，也意味着它可能在微生物生态中承担着某种目前尚不清楚的重要角色。至于DRT3如何具体阻止噬菌体入侵，目前仍是谜。研究者推测，这种特殊方式合成出的DNA链可能像"分子海绵"一样吸附噬菌体的组件，直接干扰其复制，或帮助细菌免疫系统识别感染信号。
更让科学家兴奋的是它的应用潜力。高亚历克斯将DRT3描述为"一台序列特异性DNA合成的全能分子机器"，强调这在自然界中极为罕见。DRT3b能够稳定地输出特定DNA序列，如果科学家能够对其进行工程化改造，令其按照设计合成任意序列，就可能用于制造定制化DNA链，进而开发DNA水凝胶等高级生物材料，或在基因编辑领域拓展出全新的工具路线。
这让人自然联想到CRISPR的发展轨迹，这套如今已是分子生物学标配的基因编辑工具，最初也是在研究细菌免疫防御机制时被发现的。研究者们并不讳言这种类比，高亚历克斯直接表示，DRT3应当被视为"重新审视微生物世界暗物质的催化剂"。
巴斯德研究所微生物学家奥德·伯恩海姆对这一发现的潜在深度充满期待，她说，已知的细菌防御系统中还有大量未被表征的条目，"想象其中许多还藏着类似的奇异生化功能，这令人激动"。
一条运行了几十亿年的生命规则，刚刚被发现了一个例外。科学的边界，又向前推进了一步。