河南师范大学李凌君课题组首次鉴定了用于构筑半合成生物体的人工碱基对（TPT3-NaM）的光损伤产物，揭示了导致其损伤的Type II型光敏氧化机制；并在此基础上建立了利用小分子抗氧化剂缓解人工碱基光损伤的新方法。该研究将为开发更具光稳定性的人工碱基、构建更健康的半合成生物体提供重要的理论设计依据。

自然界利用4个天然碱基组成的基因密码系统完成遗传信息的复制、转录和翻译，实现蛋白质合成。人工碱基是天然碱基的化学生物学扩增。在DNA中引入可以互补配对的人工碱基，能够从源头上对遗传信息存储方式进行组合式扩增，使人类模仿和改造生命遗传过程具有更大的可设计空间，同时也带来了核酸生物技术及合成生物学的系列突破。TPT3-NaM是目前具有高保真DNA复制活性的UBPs代表，也是唯一实现在半合成生物体（semi-synthetic organism, SSO）进行蛋白质高效翻译的人工碱基对。然而，由于其固有的光敏性分子结构，科学家最近发现这类人工碱基能够在近紫外光照射条件下产生光损伤，带来潜在的细胞光毒性。尤其是TPT3碱基中的硫羰基官能团，可能在光照条件下产生活性氧（ROS），进而激发系列氧化级联反应，产生对DNA及细胞的不可逆损伤。因此，如何设计具有高效率、高忠实复制能力，同时具有光稳定结构的人工碱基成为该领域一个挑战性的科学问题。

鉴于此，李凌君课题组在前期设计合成系列人工碱基以及构筑半合成生物体研究的基础上，尝试从分子水平研究TPT3-NaM型人工碱基发生光损伤的分子机制。作者通过分离、纯化及NMR和质谱等分子结构鉴定手段，首先鉴定了P1，P2，P3，P4四种TPT3和NaM碱基核苷在光照条件的损伤产物。依据P2和P3结构中的亚磺酸和磺酸官能团特征，推导了P2和P3产生的机理，即硫羰基的光氧化途径；并通过对照实验验证了其活性氧参与的Type II型光敏氧化机制。作者进一步发现，此类光敏氧化损伤反应在包含有TPT3人工碱基的单链DNA和双链DNA中也同时存在。以包含1个TPT3碱基的11个碱基单链寡核苷酸为模型，作者发现光照45分钟后寡核苷酸中的TPT3碱基几乎全部损伤；相比而言，在双链DNA中TPT3碱基的损伤有所缓解，但是光照后仍有大于10%的损伤产生。

接下来，作者尝试利用化学小分子抑制此类光敏氧化过程。他们发现在100:1的抗坏血酸钠存在下，TPT3核苷的光损伤能够被有效抑制。在同等光照条件下，加入抗坏血酸钠的TPT3核苷1小时后有89%的留存，而没有添加小分子的对照组只有0.59%的留存。抗坏血酸钠作为添加剂也能够有效地抑制TPT3碱基在单链DNA中的光损伤。同等条件下，加入抗坏血酸钠的单链DNA样品有超过80%的留存，而在没有加入抗坏血酸钠的对照组单链DNA样品中TPT3碱基几乎全部损伤。作者的这项工作从产物的结构鉴定入手，对人工碱基的光损伤机制进行了综合的解析，并发展了有效的人工碱基光损保护新方法。目前，创制更具光稳定性人工碱基、构筑更健康的半合成生物体仍在进行中。