苏糖核酸

苏糖核酸 (TNA) 是一种人工遗传聚合物，其中 RNA 中的天然五碳核糖已被非天然的四碳苏糖取代。 作为探索 RNA 化学病因学的一部分，由于它能够有效地与 DNA 和 RNA 的互补序列进行碱基配对，因此已成为一种重要的合成遗传聚合物 (XNA)。 然而，与 DNA 和 RNA 不同的是，TNA 完全不能被核酸酶消化，这使其成为一种很有前途的核酸类似物，可用于治疗和诊断应用。

TNA 寡核苷酸首先是使用亚磷酰胺化学通过自动固相合成构建的。 化学合成 TNA 单体（亚磷酰胺和三磷酸核苷）的方法已经过大量优化，以支持旨在推进 TNA 研究的合成生物学项目。 最近，聚合酶工程已经确定了可以在 DNA 和 TNA 之间来回复制遗传信息的 TNA 聚合酶。 TNA 复制通过模拟 RNA 复制的过程发生。 在这些系统中，TNA 被逆转录成 DNA，DNA 通过聚合酶链式反应进行扩增，然后正向转录回 TNA。

TNA 聚合酶的可用性使得能够针对小分子和蛋白质靶标体外选择生物学稳定的 TNA 适体。 这些实验表明，遗传和进化的特性并不局限于 DNA 和 RNA 的天然遗传聚合物。 相对于能够进行达尔文进化的其他核酸系统，TNA 的高生物稳定性表明 TNA 是开发下一代治疗性适体的有力候选者。

通过实验室进化的 TNA 聚合酶合成 TNA 的机制已经通过使用 X 射线晶体学来捕获核苷酸添加的五个主要步骤进行了研究。 这些结构表明对传入的 TNA 核苷酸三磷酸的识别不完全，并支持进一步定向进化实验以创建具有改进活性的 TNA 聚合酶的需要。 TNA 逆转录酶的二元结构也已通过 X 射线晶体学解析，揭示了结构可塑性作为模板识别的可能机制的重要性。

加州大学欧文分校药学系教授约翰·查普特 (John Chaput) 提出的理论是，有关核糖的益生元合成和 RNA 的非酶促复制的问题可能提供更容易产生的早期遗传系统的间接证据 在原始地球条件下。 TNA 可能是早期的遗传系统和 RNA 的前体。 TNA 比 RNA 更简单，可以从单一起始材料合成。 TNA 能够与 RNA 以及与 RNA 互补的自身链来回传递信息。 TNA 已被证明可以折叠成具有离散配体结合特性的三级结构。

尽管 TNA 研究仍处于起步阶段，但实际应用已经很明显。 它能够进行达尔文进化，再加上它的核酸酶抗性，使 TNA 成为开发需要高生物稳定性的诊断和治疗应用的有前途的候选者。 这将包括可以结合特定小分子和蛋白质靶标的 TNA 适体的进化，以及可以催化化学反应的 TNA 酶（苏酶）的开发。