除了DNA之外，遗传分子还可以有几百万种形式？

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[color=rgba(0, 0, 0, 0.298)]From: [color=rgba(0, 0, 0, 0.298)]Tokyo Tech
原理
[color=rgba(0, 0, 0, 0.298)]2 days ago
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生物将信息编码储存在DNA和RNA中，这两种复杂的分子能很好地调控生物的功能。但它们是储存分子遗传信息的唯一途径吗？一些科学家认为，在核酸出现之前生命不可能存在。因此，了解核酸是如何在原始地球上形成的是基础研究的一个基本目标。
来自东京工业大学地球生命科学研究所、德国航空航天中心和埃默里大学的科学家利用复杂的计算方法，探索了核酸类似物的“化学邻域”。令人惊讶的是，他们发现了超过100万种变体，这开启了一个尚未探索的、巨大的化学宇宙，它关系着药理学、生物化学及理解生命起源的研究。这项研究揭示的分子可以被进一步改造，产生数以亿计潜在的药物。
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核酸最早发现于19世纪，但直到20世纪，科学家才了解它们的组成、生物学作用和功能。1953年，沃森和克里克发现了DNA的双螺旋结构，揭示了其生物和进化功能的基本解释。
地球上的所有生物都将信息储存在DNA中，DNA由两条聚合物链组成，两条长链缠绕在一起，相互补充。当两条链被拉开时，复制每一条模板上的补码就能最终得到原始模板的两个副本。DNA聚合物本身是由一系列“字母”组成的，这些字母代表着碱基，它们包括腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）和胸腺嘧啶（T），生物已经进化出各种方法，确保在DNA复制过程中复制出正确的字母序列。DNA碱基序列可以被转录成RNA，随后被翻译成蛋白质序列。蛋白质本身能参与大量精细调控的化学过程，这些化学过程造就了生命。
在DNA复制的过程中偶尔会出些小错，还有一些错误有时是环境诱变因素引发的。这些小错误都是自然选择的素材：由其中一些错误所产生的序列能使生物更好地适应环境，但多数错误几乎不会造成任何后果，而还有很多错误可能是致命的。有利于宿主生存的新序列就像一种棘轮，它使生物能够适应不断变化的环境挑战。从不起眼的细菌到凶猛的老虎，这就是地球上生物形态千变万化的根本原因，储存在核酸中的信息可以让生物有“记忆”。
虽然病毒是否算生物仍存争议，但病毒同样使用核酸来储存遗传信息，尽管有些病毒使用RNA（一种DNA的微小变体）作为它们的分子储存系统。RNA与DNA的组成区别主要在于五碳糖的不同，但总的来说，RNA与DNA非常相似。值得注意的是，它们基本上是地球上各种各样的生物共用的两种遗传物质。
生物学家和化学家一直在想为什么会这样。只有它们能发挥这种功能吗？如果不是，或许它们是最合适的？有没有其他分子在进化过程中曾经扮演过相同的角色，但后来被取代了？
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大多数科学家认为生物学的基础是可遗传的信息，没有这些信息，自然选择是不可能发生的，因此研究生命起源的进化生物学家也把注意力放在了从可能在原始地球上自发产生的简单化学物质中提取DNA或RNA的方法上。
许多科学家相信，RNA在DNA之前进化是有其微妙的化学原因的。DNA因此比RNA稳定得多，DNA成了生命的硬盘。然而，RNA仍然是一个复杂的分子，在它出现之前，结构上更简单的分子或许曾占据着它的位置。
哪种分子最先出现？是什么使RNA和DNA成为独一无二的物质？在实验室里制造分子是很难探索这些基本问题的。另一方面来说，在制造分子之前计算分子可能会节省化学家很多时间。然而最新研究的计算结果令人惊讶，现在我们知道了超过一百万个类似核酸的结构，科学家可以开始研究在实验室测试其中一些。
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核酸在生物学中的核心重要性也使它们长期以来成为化学家的药物靶标。如果一种药物能抑制一种生物或病毒产生具有相似感染性后代的能力，它就能有效地杀死生物或病毒。毁了一种生物或病毒的遗传物质是杀死它的好办法。幸运的是，在每种生物中管理核酸复制的细胞机制略有不同，而在病毒中，则往往有更大的差异。
拥有大量基因组的生物，比如人类，在复制其遗传信息时需要非常小心，因此在复制其核酸时，它们一般非常有选择性地避免错误的前体。相反，病毒的基因组通常小得多，病毒对使用相似但稍有不同的分子进行自我复制的容忍度更高。也就是说，类似核苷酸的化学物质，有时会对一种生物比另一种生物在生物化学上造成更大的伤害。
如今使用的大多数重要的抗病毒药物是核苷酸或核苷类似物，包括用于治疗艾滋病毒、疱疹和病毒性肝炎的药物。许多重要的抗癌药物也是核苷酸或核苷类似物，因为癌细胞有时有突变，使它们以不寻常的方式复制核酸。
“利用现代计算技术，我们在寻找能够储存遗传信息的DNA和RNA的替代分子时，可能会偶然发现新的药物，这十分令人着迷。正是这样的跨学科研究使得科学充满挑战和乐趣，同时也使科学产生了更大的影响。”论文合著者、埃默里大学的Pieter Burger博士说。
参考来源：https://phys.org/news/2019-11-dna-millions-genetic-molecules.html