最近，美國猶他大學(xué)的化學(xué)家們，設(shè)計(jì)了一種新的方法來檢測(cè)DNA化學(xué)損傷，DNA損傷有時(shí)會(huì)導(dǎo)致基因突變，引發(fā)許多疾病，包括各種癌癥和神經(jīng)系統(tǒng)疾病。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在十一月六日的《Nature Communications》。

本文通訊作者、化學(xué)教授Cynthia Burrows說：“我們更進(jìn)一步了解了導(dǎo)致遺傳疾病的化學(xué)機(jī)制。我們有一種標(biāo)記和復(fù)制DNA損傷的方法，從而使我們能夠保存‘損傷在哪里以及是什么’的信息。”

本文第一作者、猶他大學(xué)的博士后Jan Riedl說，百分之99的DNA損傷——稱為A、C、G、T的化學(xué)堿基的損傷，可自然修復(fù)。其他的損傷可能導(dǎo)致基因突變，即堿基序列出了錯(cuò)，并可能導(dǎo)致疾病。這種新方法可以識(shí)別和檢測(cè)到致病的病變位置。

Burrows說：“我們正在努力尋找致使細(xì)胞發(fā)生錯(cuò)誤和突變的堿基化學(xué)變化。我們這種方法的強(qiáng)大之處在于，我們可以在相同的DNA鏈上，閱讀一個(gè)以上的損傷位點(diǎn)。”

化學(xué)家們說，他們的新方法將讓研究人員能夠研究DNA病灶或損傷的化學(xué)細(xì)節(jié)。這樣的病變，如果不自然修復(fù)，隨時(shí)間的積累會(huì)導(dǎo)致突變，引發(fā)許多與年齡有關(guān)的疾病，包括結(jié)腸癌、乳腺癌、肝癌、肺癌和黑素瘤皮膚癌；動(dòng)脈阻塞；神經(jīng)系統(tǒng)疾病如亨廷頓病和Lou Gehrig病。

Burrows和同事寫道：“這種方法能夠識(shí)別損傷出現(xiàn)的化學(xué)特性和位置，這對(duì)于確定這些疾病的分子病因，是至關(guān)重要的。”

檢測(cè)致病基因損傷的方法

DNA是一種分子，形狀像一個(gè)雙鏈螺旋結(jié)構(gòu)，它包含了生物體用來發(fā)育、活動(dòng)和繁殖的遺傳指令。每一條鏈由四個(gè)化學(xué)堿基（A、C、G、T）的大量拷貝構(gòu)成，由一個(gè)由糖和磷酸鹽的骨架連接起來。當(dāng)兩股連接成雙螺旋結(jié)構(gòu)時(shí)，只有兩種堿基對(duì)能形成C-G（或G-C）和A-T（或T-A）。

研究人員將發(fā)現(xiàn)病灶的新方法，與其他現(xiàn)有的技術(shù)相結(jié)合。首先，研究人員發(fā)現(xiàn)損傷，并以細(xì)胞自然修復(fù)的方式將其從DNA上切割出來，用所謂的“堿基切除修復(fù)”，英國科學(xué)家Tomas Lindahl因?yàn)檫@一發(fā)現(xiàn)獲得了今年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

其次，研究人員將一個(gè)“非自然堿基”插在剪斷了的DNA損傷部位，對(duì)其進(jìn)行標(biāo)記。猶他大學(xué)的研究人員沒有使用天然堿基對(duì)A-T和C-G，而是使用所謂的第三堿基對(duì)或非自然的堿基對(duì)——由斯克里普斯研究所的化學(xué)家發(fā)明。Burrows說，她的研究是這一發(fā)明的第一個(gè)實(shí)用使用。

第三、用一個(gè)非自然的第三堿基，對(duì)具有損傷位點(diǎn)的DNA進(jìn)行標(biāo)記，然后用PCR方法進(jìn)行擴(kuò)增。Burrows說，這項(xiàng)新研究的創(chuàng)新點(diǎn)是，利用堿基切除修復(fù)來剪除損傷，然后在損傷位點(diǎn)插入人工堿基對(duì)，從而使我們能夠產(chǎn)生數(shù)百萬個(gè)DNA拷貝。

第四，另一個(gè)化學(xué)標(biāo)簽，命名為18-crown-6 ether，被貼在所有DNA鏈上的不自然堿基對(duì)，然后用Burrows和猶他大學(xué)化學(xué)家Henry White幾年前發(fā)明的一種納米測(cè)序法，對(duì)它們進(jìn)行讀取或測(cè)序。這種測(cè)序方法，通過讓DNA鏈穿過一種分子大小的小孔或納米孔，來確定一條DNA鏈上堿基的順序和位置——包括非天然堿基標(biāo)記的損傷部位。

Burrows說：“人出生時(shí)就具有30億個(gè)堿基對(duì)組成的基因組，然后事情發(fā)生了。由于炎癥和感染、過多的代謝或環(huán)境化學(xué)物質(zhì)，產(chǎn)生了許多氧化應(yīng)激損傷。”

這種新方法，幫我們尋找了“我們基因組如何響應(yīng)我們所吃的和我們所呼吸的空氣，并最終保持健康與不健康的分子細(xì)節(jié)”。