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【科學講堂】創造新「遺傳字母」

2018-02-14

科學家修改DNA 冀隨心所欲製造蛋白質

我們對遺傳密碼的認識,在近年來可謂一日千里。利用各種遺傳工程的技術,已經在嘗試改變生物的不同特徵;近日甚至創造了新的DNA部件,並成功將其植入生物中。

DNA似螺旋樓梯 「鹼基」為「腳踏處」

我們的身體如何運作,很大部分早已被記載於細胞核內的DNA藍圖之中。

上世紀50年代,科學家克里克(Francis Crick)和沃森(James D. Watson)成功發現DNA的形狀。DNA看上去有點兒像一道長梯,不過這道梯子卻並不筆直,而是呈螺旋形繞茪中葑衕遄C這道DNA長梯有兩條並排的、呈螺旋形的主幹,因此DNA的形狀被稱為「雙螺旋」。

兩條主幹之間由一對對的「鹼基」連結起來,就好比梯子供人踏腳的地方。

ACGT四種鹼基

這些將DNA主幹連結在一起的「鹼基」是某一類含有氮的有機化合物。被大自然用於建構DNA的共有4種,分別簡稱為A、C、G和T。DNA的一大奧妙,在於A只會跟T連結,而C只會跟G配對在一起。

事實上,半段DNA已足夠複製一整段-倘若從其中一道主幹延伸出來的鹼基是A,那麼另一段主幹上的一定是T。

DNA上的這些鹼基以3個為一組,代表不同的氨基酸(amino acid),而不同數目、不同排列順序的氨基酸又可以組合成不同的蛋白質去進行身體中各種各樣的生化作用。正因如此,DNA在很大程度上控制了我們的身體如何運作,例如乳糖J(lactase)是一種存在於人體小腸內,幫助我們消化牛奶內的乳糖的蛋白質;倘若我們的DNA中,缺少了相關的某個部分去告知我們的身體如何製造乳糖J,那麼每次喝牛奶的時候,可能都要因為無法消化乳糖而腹瀉了。

成功修改DNA植入大腸桿菌

合成生物學(synthetic biology)這門較新的研究領域,旨在探求利用各種方法,去改變生物的特徵。其中一個科學家們在積極探索的方法,就是在A、C、G和T以外,開發更多可以用來組成DNA的鹼基。

在1989年,化學家賓納(Steven Benner)和他的團隊成功利用修改過的C和G製成DNA,而這些「有趣的」DNA還和正常的一樣,能夠自行複製,並在試管中製造蛋白質。

去年11月,化學家羅斯堡(Floyd Romesberg)和他的團隊更在《自然》期刊發表他們最新的研究成就:他們成功將新的鹼基植入大腸桿菌之中,這些大腸桿菌不單維持健康,還能利用修改過的DNA去製造蛋白質。

雖然這些蛋白質跟正常DNA所做出來的在形狀上及功能上都沒有差別,一些科學家認為在未來將能更進一步隨心所欲地修改DNA,指示身體製造出所需的蛋白質。 ■張文彥博士

作者簡介:香港大學土木及結構工程學士。短暫任職見習土木工程師後,決定追隨對科學的興趣,在加拿大多倫多大學取得理學士及哲學博士學位,修讀理論粒子物理。現任香港大學理學院講師,教授基礎科學及通識課程,不時參與科學普及與知識交流活動。

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