碱基和氨基酸的关系
科学的尽头是？看完这个似乎每个人心中都有各自的答案。
下面的动图所展示的是在我们体内时刻发生着的这些生命活动，但它们是我们的“意识”所无法控制的。
随着观测手段的提高，分子生物学的发展，人类对生物体的研究已经进入分子水平。
在宇宙中的宏观世界，比地球大的有木星，比木星大的有太阳，比太阳大的还有很多天体。但他们就像设定好的，按照自己的轨迹运行。因为有了地球自转，才有昼夜交替；因为有了地球公转，才有了四季循环；然后孕育出了生命。但是要是没有太阳提供能量，那么生命将不复存在。
在生命体中的微观世界，比细胞小的是细胞器，比细胞器小的是蛋白质，比蛋白质小的是氨基酸，比氨基酸小的是碱基。他们像是设定好了程序，由ATP提供能量，按照DNA链中存储的基因密码开始合成，转录，翻译蛋白，构建细胞，创造生命体所需的基本物质，这一切，我们的意识无法控制，我们仅仅能控制自己的喜怒哀乐，可是无法左右生老病死。
碱基再往下拆分就到了化学分子，然后进入原子世界。在这里，电子围绕原子核旋转，就像行星围绕恒星一样。再往下拆分，就快要进入人类目前还未掌握的量子领域了。
当我们越研究的深入，越觉得自己渺小，生命体内部的运动，生命体所处的星球的运动，都有其一定的规则。我们常常会思考，究竟是谁设定了这大到星河，小到分子的运动规则呢？
“人造生命”还有多远？六种碱基全新生命体技术应用仍需时日
近日，美国生物合成领域专家弗洛伊德?罗穆斯伯格（Floyd Romesberg）在《自然》杂志发表了一项新成果。他首次用合成的X-Y碱基对和相应的氨基酸，在实验室内创造出了含ATGCXY六种碱基的全新生命体。这一成果打破了自然界的碱基束缚，创造出自然界中不存在的全新生命体。那么，这是否意味着人类开启了可以按照自己的需求打造生命体的全新时代？对此，专家有不同看法。
1“突破第一关”
“整个研究很有深度和广度，这个研究团队在这个方面作了20多年的研究，很系统。” 法国巴黎第六大学生物所计算定量生物系独立课题组组长叶世欣告诉《中国科学报》记者。
在基因中加入两个碱基，相当于将遗传密码子得到了扩充。也就是说，过去自然系统中的64个密码子，“在理论上，被扩充到了216个”。
密码子通过编码形成氨基酸，研究已经发现自然系统中的64个密码子，形成20种氨基酸，并最终为地球生命的形成提供所需的蛋白质。
64个密码子和20种氨基酸的组合形成了地球上这么多生命，如果216种密码子与其可能形成的氨基酸进行组合，理论上说，相当于“让细菌利用更多氨基酸来制作蛋白质”。
一位基因研究专家告诉《中国科学报》记者，能够拓展遗传密码本身具有重大的理论意义。人工氨基酸改造研究已有多年历史，但由于技术瓶颈和应用推广等问题一直较“小众”。而这一成果则让科学家感觉“看来是突破第一关了”。
2基因治疗新手段？
新的合成基因密码的出现让人们对基因治疗的未来有了新的期待。然而，合成的新基因密码是否会成为新的基因工具，从而为基因治疗提供全新手段？对此，科学家认为目前并不乐观。
“从完全合成的基因到将其用于疾病治疗有很大距离。” 温州医科大学附属眼视光医院研究员谷峰告诉《中国科学报》记者，自然界已有的天然工具用于基因治疗时，目前都只能在很小的范围内转化，如从细菌到人体转化的实现就非常困难。
谷峰介绍，基因剪刀从细菌移植到哺乳动物细胞，常常存在效率不高、靶向性不够强甚至脱靶的问题。因而，让完全合成的基因发挥天然系统内的基因工具都难以完成的任务，科学家对此表示怀疑。
“外来密码子效率有多高”“如何达到生产的标准”“如何解决靶向性问题”，这些都是研究人员关心的问题。
“这一系统能否移植到动物上，如果动物能够实现就很有意思。”谷峰称，“从大肠杆菌到动物是一个飞跃。”但它需要对这一系统做进一步的优化，才有可能把外来的基因放到希望的地方去，达到“指哪儿打哪儿”的效果。
3效率是最大瓶颈
谷峰所担心的效率问题，也是叶世欣关注的焦点。
“问题是，现在的效率会很低，毕竟不是天然的密码子，所以虽然有更多的可能性，但在实施方面会有更多困难。”叶世欣所说的效率，是与自然系统中识别天然碱基的效率相对而言。
以非常容易生产的绿色荧光蛋白（GFP）为例，应用人工合成的这种全新基因密码生产GFP蛋白质，其效率是内源密码编辑蛋白质效率的10%，甚至更低。
正因为这样，科学家才对该技术的应用前景十分冷静，因为它仍是“十分基础的研究”。但这并不能否认该成果对于其他相关研究所具有的建设性意义。
在叶世欣看来，一方面，研究对合成生物学是一个巨大推动，有望让细菌体合成有更多化学性质的蛋白质；另一方面，在基础研究中，这一探索也将帮助科学家了解遗传密码的起源。
“遗传密码最早是从很简单的碱基、氨基酸开始，扩充过程中会吸收新的元素，通过倒推这样的研究就会帮助我们探讨遗传密码的起源问题。”她说。
有媒体报道称，通过这样的技术，或许科幻电影中的“金刚狼”等生命体未来会成为现实中存在的生命。
不过，专家表示，当前该研究是在细菌系统内进行，并不存在人们所担忧的会影响人类遗传密码等伦理问题。“将来如果把这种想法放入哺乳细胞中，其伦理问题就是可以探讨的话题了。”叶世欣说。
文章来源：中国科学报 转载请说明出处
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“人造生命”还有多远？六种碱基全新生命体技术应用仍需时日
AI战胜围棋高手后，再次进军生命科学领域，对蛋白质结构折叠做出精准的预测，这是生命科学的一个重大突破，同时这也让很多人不禁产生疑虑，我们人类将来会不会被AI牵着鼻子走？
2020年11月30日，谷歌旗下的人工智能公司DeepMind的智能程序AIphaFold2，在2020年度的蛋白质结构预测大赛中，战胜100多个团队，获得了冠军，并且第一次把蛋白质结构预测功能做到了接近实用的水平。
我们知道，生物的所有性状和功能主要是由蛋白质决定的，我们的皮肤是黑是白，个子是瘦是胖，头发是黄色还是黑色……都是由蛋白质决定的。而这些性状又取决于蛋白质是怎么样的结构。
可是，蛋白质是如何折叠成各种各样不同的三维结构，从而造就了生物不同的性状和功能的呢？这个问题是目前生物学家们最想知道的，如果找到了它的规律，我们就可以理解很多疾病生产的原因从而采取正确的治疗手段，甚至可以通过对蛋白质结构的控制从而制造出我们想要的蛋白质。
生物的基因通过编码信息构成了氨基酸，氨基酸再转化生成了蛋白质。DNA链条上是由4个碱基A、T、G、C组成的一个个序列片段，而3个相邻的碱基分子对，对应的是一个特定的氨基酸，组成蛋白质的氨基酸分子一共有20种。
在细胞内部，一条300个碱基长度的DNA链条，也就是由100个氨基酸首尾相连组成的链条，就能指导生产一个蛋白质分子。
可是这个链条是如何知道折叠成某个特定的三维结构的呢？也就是在形成这个三维结构的过程中，它怎么知道每个氨基酸应该出现在什么位置，需要哪几个氨基酸靠在一起呢？
如今通过基因测序的技术，我们已经掌握了起码有1.8亿条基因序列，也就是说我们已经知道氨基酸顺序的蛋白质分子已经有1.8亿个，但是它们的三维结构是如何形成的，我们至今还不知道。
那么，通过这些基因序列，我们能不能从这些氨基酸的顺序推测出蛋白质的三维结构呢？所以世界各地，各个研究的团队都想最先找到答案。于是就有了开头所说的大赛。
这个蛋白质结构预测大赛从1994年就开始，如今已经是第14届。这次大赛中，AlphaFold2高居第一，而且得分远远超过排名第二名。
但是AlphaFold2是如何预测出这些结果的，到底它是根据什么规则、什么原理得到了这样的表现？科学们并不知道，因为AlphaFold2对蛋白质结构的预测，已经脱离了任何先验知识。就像战胜围棋高手的AlphaGo，它的后期版本AlphaGo Zero，甚至可以做到，只需要知道围棋的基本规则，就可以在完全无依赖人类之前所有围棋经验的条件下，学习总结出自己的很多绝技，现在人类根本就不是它的对手了。
人工智能已经不再需要人类的经验，就可以完成一些我们无法完成的任务。将来我们很多问题的答案，AI可以让我们唾手可得，可是推导过程，我们却是一无所知。这样的结果，对我们人类的认识，会带来怎么的冲击？人工智能占据我们生活的时代，我们还能岁月静好吗？
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