由于长期从事酶学和生物基础代谢研究 ， 张雁教授等人注意到了S-2L噬菌体 。当他们重新审视这篇文章时 ， 疑问也浮现出来——为什么这种噬菌体的DNA中含有一种新的碱基？这种碱基是怎么合成的？
在新研究中 ， 他们发现S-2L噬菌体在入侵宿主后 ， 会利用自身基因合成的两种酶——dATPase和PurZ 。PurZ的作用十分关键 ， 它能和细菌中的酶一起发挥作用 ， 促进二氨基嘌呤脱氧核苷酸（如dZTP）的形成 。随后 ， S-2L噬菌体自身的DNA聚合酶能以它为底物 ， 在新合成的噬菌体DNA中添加Z碱基 。
而噬菌体DNA中A碱基的消失 ， 还需要依赖dATPase 。它能直接降解含有A碱基的脱氧核苷酸 ， 阻止其参与DNA的合成 。除S-2L噬菌体以外 ， 一些噬菌体还能合成酶DUF550 ， 它既能和PurZ协同作用 ， 提高噬菌体合成dZTP的效率 ， 还具有部分降解含有A碱基的脱氧核苷酸的功能 。
4种来自噬菌体的酶（红色）在DNA（含Z碱基）合成过程中的作用 。图片来源于论文
为什么这种噬菌体需要一个新的碱基呢？这与它们的生存方式密切相关 。噬菌体能吸附在细菌表面 ， 像注射器一样将自身的DNA注射入细菌体内 。但在细菌中实现大量繁殖之前 ， 它首先需要面对细菌体内的“免疫系统”——限制性内切酶 。当外来的DNA入侵时 ， 细菌的限制性内切酶能切割这些外来DNA上特定的基因序列 ， 促进其降解 。
当DNA序列中的一种碱基被彻底替换时 ， 细菌中的限制性内切酶无法对其识别 ， 细菌就没有防御措施 ， 只能等待被噬菌体占据了 。并不只有S-2L噬菌体能利用这种新碱基 ， 在发表于《科学》的文章中 ， 张雁等人发现了100多种能表达PurZ和相关基因的噬菌体 ， 其中大部分来自短尾噬菌体科（Podoviridae）和长尾噬菌体科（Siphoviridae） 。他们推测如果一种噬菌体的基因组中含有合成PurZ等基因 ， 就可以证明它的DNA中A碱基完全被Z碱基替换了 ， 因此具有这种DNA的噬菌体可能远不止这些 。而要证明这一猜想 ， 他们还需要一种新的噬菌体来进行验证 。
从头开始为了验证这一猜想 ， 他们选择了一种能感染不动杆菌的噬菌体——SH-Ab 15497 。由于噬菌体DNA序列的特殊性 ， 只能用化学分析方法——液相色谱和纳米孔测序技术——进行测序 。
和Z碱基合成相关的酶基因在多种噬菌体基因组中的分布（图片来源于论文）
通过与上海科技大学赵素文教授和伊利诺伊大学赵惠民团队的合作 ， 张雁教授等人最终确认了噬菌体SH-Ab 15497的DNA中的碱基组成为Z、T、G和C 。在培养噬菌体时 ， 他们发现当它们感染在细菌后 ， 能很快将细菌裂解 ， 这意味着细菌的“免疫系统”失效了 ， 而新的DNA组成并没有影响噬菌体的繁殖 。
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