生命的起源分子是什么？基于RNA在储存和传递遗传信息、及催化生理反应方面的多重角色，科学家们提出了“RNA世界假说”，认为在以DNA和蛋白质为基础的生命之前，存在以RNA为主的、更简单的生命形式。但是，在前生命环境中，RNA的自发合成仍存在挑战。所以，科学家们推测，在地球生命进化早期，可能存在原始的、前RNA遗传物质。其中苏糖核酸（threose nucleic acid，TNA）凭借其能够与自身、以及天然核酸DNA和RNA形成稳定的碱基互补配对的能力、更加简单的化学结构、更高的化学稳定性，被认为是一种可能的前RNA遗传物质。
除了基本的信息存储和传递能力以外，原始的遗传物质还应该具有结合和催化等高级功能。已经有研究证明TNA可以折叠成具有结合和催化能力的空间结构，但作为RNA的潜在前体，TNA能否在将一级的序列信息传递给RNA的同时，也将催化等高级功能传递给RNA尚未可知。
针对这一问题，近日，南京大学现代工学院于涵洋教授课题组利用体外筛选技术，通过交替使用由RNA骨架和TNA骨架构成的文库，获得了一条特定的核酸序列CAMELEON，该序列合成为RNA和合成为TNA时，具有相同的催化活性（图1）。
图1 由RNA或TNA骨架构成时都具有RNA内切酶活性的核酸酶序列
作者探究和对比了CAMELEON的RNA和TNA版本的各项酶学参数（图2）和二级结构（图3）。作者通过对比得出结论：CAMELEON的RNA和TNA版本虽然具有相同的序列，也催化相同的RNA切割反应，但它们很可能折叠形成了不同的空间结构，也因此产生了显著不同的部分酶学参数。
图2 CAMELEON R和T的生物化学表征
图3 CAMELEON R和T的预测二级结构的对比
总之，这一研究工作证明了在从TNA到RNA的骨架转变过程中，催化活性并不一定会丢失。CAMELEON的例子证明了功能的完整性可以得以维持和延续，这为前生命世界中TNA是RNA的潜在前体这一假说提供了进一步的实验依据。同时本研究还提供了一个功能活性能够在天然核酸和非天然核酸之间切换的案例，可以加深研究者们对功能核酸的结构与活性之间的关系的理解。
这一成果以A nucleic acid sequence that is catalytically active in both RNA and TNA backbones为题，近期发表在ACS Synthetic Biology上，直博生魏东瀛是该文章的第一作者，于涵洋教授是文章的通讯作者，王月瑶博士、宋东帆、张泽、王娟、陈加余研究员和李喆教授对该工作亦有贡献。
原文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acssynbio.2c00479
原文引用：doi.org/10.1021/acssynbio.2c00479
