คู่เบส ( bp ) เป็นหน่วยพื้นฐานของกรดนิวคลีอิก แบบสองสาย ซึ่งประกอบด้วยนิวคลีโอเบส สองตัว ที่ยึดติดกันด้วยพันธะไฮโดรเจนพวกมันเป็นส่วนประกอบพื้นฐานของเกลียวคู่DNA และมีส่วนช่วยใน โครงสร้าง แบบ พับ ของทั้ง DNA และ RNA คู่เบส " วัตสัน - คริก " (หรือ "วัตสัน-คริก- แฟรงค ลิน") ( กัวนีน - ไซโตซีนและอะดีนีน - ไทมีน / ยูราซิล ) ^{[ 1 ]} ซึ่งกำหนดโดย รูปแบบพันธะไฮโดรเจนเฉพาะ ช่วยให้เกลียว DNA รักษาโครงสร้างเกลียวปกติที่ขึ้นอยู่กับลำดับนิวคลีโอไทด์ อย่างละเอียด อ่อน^{[ 2 ]}ลักษณะที่เสริมกันของโครงสร้างคู่เบสนี้ให้ สำเนา ที่ซ้ำซ้อนของข้อมูลทางพันธุกรรมที่เข้ารหัสไว้ภายในแต่ละสายของ DNA โครงสร้างที่เป็นระเบียบและความซ้ำซ้อนของข้อมูลที่ได้จากเกลียวคู่ของ DNA ทำให้ DNA เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการจัดเก็บข้อมูลทางพันธุกรรม ในขณะที่การจับคู่เบสระหว่าง DNA กับนิวคลีโอไทด์ที่เข้ามาใหม่เป็นกลไกที่ทำให้DNA polymeraseจำลอง DNA และRNA polymeraseถอดรหัส DNA เป็น RNA โปรตีนที่จับกับ DNA หลายชนิดสามารถจดจำรูปแบบการจับคู่เบสที่เฉพาะเจาะจง ซึ่งระบุถึงบริเวณควบคุมเฉพาะของยีนได้

การจับคู่เบสภายในโมเลกุลสามารถเกิดขึ้นได้ภายในกรดนิวคลีอิกแบบสายเดี่ยว สิ่งนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในโมเลกุล RNA (เช่นtRNA ) ซึ่งการจับคู่เบสแบบวัตสัน-คริก (กัวนีน-ไซโตซีน และอะดีนีน-ยูราซิล) ช่วยให้เกิดการสร้างเกลียวคู่สั้นๆ และปฏิสัมพันธ์ที่ไม่ใช่แบบวัตสัน-คริกที่หลากหลาย (เช่น G–U หรือ A–A) ช่วยให้ RNA สามารถพับตัวเป็นโครงสร้าง สามมิติ เฉพาะ ต่างๆ ได้มากมาย นอกจากนี้ การจับคู่เบสระหว่างtRNAและmRNA ยังเป็นพื้นฐานสำหรับ เหตุการณ์ การจดจำระดับโมเลกุลที่ส่งผลให้ลำดับนิวคลีโอไทด์ของ mRNA ถูกแปลเป็นลำดับกรดอะมิโนของโปรตีนผ่านรหัส พันธุกรรม

ขนาดของยีน แต่ละตัวหรือ จีโนมทั้งหมดของสิ่งมีชีวิตมักวัดเป็นคู่เบส เนื่องจาก DNA มักเป็นสายคู่ ดังนั้น จำนวนคู่เบสทั้งหมดจึงเท่ากับจำนวนนิวคลีโอไทด์ในสายใดสายหนึ่ง (ยกเว้นบริเวณสายเดี่ยวที่ไม่เข้ารหัสของเทโลเมียร์ ) จี โนมแฮพลอยด์ของมนุษย์ (23 โครโมโซม ) คาดว่ามีความยาวประมาณ 3.2 พันล้านคู่เบส และประกอบด้วยยีนที่เข้ารหัสโปรตีนที่แตกต่างกัน 20,000–25,000 ยีน^{[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]}กิโลเบส (kb) เป็นหน่วยวัดในชีววิทยาโมเลกุลเท่ากับ 1000 คู่เบสของ DNA หรือ RNA ^{[ 7 ]}จำนวน คู่เบส DNA ทั้งหมด บนโลกคาดว่าอยู่ที่ 5.0 × 10³⁷โดยมีน้ำหนัก 50 พันล้าน^ตัน [ ^{8 ]}เมื่อเปรียบเทียบกันแล้วมวล รวม ของชีวภาคได้รับการประมาณไว้ที่ 4 ล้านล้านตันคาร์บอน^{[ 9 ]}

บทความนี้ใช้สัญลักษณ์ "•" ในการอธิบายปฏิสัมพันธ์ที่ไม่ใช่พันธะโควาเลนต์ ซึ่งรวมถึงคู่เบสทุกประเภท ตามคำแนะนำของ IUPAC ในปี 1970 ^{[ 10 ] : N3.4.2}

ตาม IUPAC เครื่องหมาย "-" ไม่เป็นที่ยอมรับเนื่องจากหมายถึงพันธะโควาเลนต์ และเครื่องหมาย ":" และ "/" ก็ไม่เป็นที่ยอมรับเช่นกัน เพราะอาจถูกเข้าใจผิดว่าเป็นอัตราส่วน การไม่ใช้สัญลักษณ์ใดๆ ก็ไม่เป็นที่ยอมรับเช่นกัน เพราะอาจทำให้สับสนกับลำดับพอลิเมอร์ (โควาเลนต์) ได้^{[ 10 ] : N3.4.2}

IUPAC ไม่ได้ให้คำแนะนำเฉพาะเจาะจงสำหรับการจำแนกประเภทของพันธะที่ไม่ใช่โคเวเลนต์ เมื่อจำเป็นต้องจำแนกความแตกต่าง บทความนี้จะใช้เครื่องหมาย "*" แทนคู่ของ Hogsteen

ด้านบน แสดงคู่เบส G•C ที่มี พันธะไฮโดรเจน 3 พันธะด้านล่าง แสดงคู่เบส A•Tที่มีพันธะไฮโดรเจน 2 พันธะ พันธะไฮโดรเจนที่ไม่ใช่พันธะโคเวเลนต์ระหว่างเบสแสดงด้วยเส้นประ เส้นหยักแสดงถึงการเชื่อมต่อกับน้ำตาลเพนโทสและชี้ไปในทิศทางของร่องเล็ก

พันธะไฮโดรเจนเป็นปฏิสัมพันธ์ทางเคมีที่เป็นพื้นฐานของกฎการจับคู่เบสที่อธิบายไว้ข้างต้น การจับคู่ทางเรขาคณิตที่เหมาะสมของตัวให้และตัวรับพันธะไฮโดรเจนทำให้เฉพาะคู่ที่ "ถูกต้อง" เท่านั้นที่จะก่อตัวได้อย่างเสถียร ดีเอ็นเอที่มีปริมาณ GC สูง จะเสถียรกว่าดีเอ็นเอที่มีปริมาณ GC ต่ำ อย่างไรก็ตามปฏิสัมพันธ์แบบเรียงซ้อนเป็นปัจจัยหลักที่ทำให้โครงสร้างเกลียวคู่มีความเสถียร การมีส่วนร่วมของการจับคู่เบสแบบวัตสัน-คริกต่อความเสถียรของโครงสร้างโดยรวมนั้นมีน้อยมาก แต่บทบาทของมันในความจำเพาะที่เป็นพื้นฐานของความสมบูรณ์แบบนั้นมีความสำคัญสูงสุด เนื่องจากเป็นพื้นฐานของกระบวนการที่ขึ้นอยู่กับแม่แบบของหลักการพื้นฐาน (เช่นการจำลองแบบดีเอ็นเอ ) ^{[ 11 ]}

นิวคลีโอเบสขนาดใหญ่เช่น อะดีนีนและกัวนีน เป็นสมาชิกของกลุ่มโครงสร้างทางเคมีแบบวงแหวนคู่ที่เรียกว่าพิวรีนส่วนนิวคลีโอเบสขนาดเล็ก เช่น ไซโตซีนและไทมีน (และยูราซิล) เป็นสมาชิกของกลุ่มโครงสร้างทางเคมีแบบวงแหวนเดี่ยวที่เรียกว่าไพริมิดีนพิวรีนจะจับคู่กับไพริมิดีนเท่านั้น การจับคู่ไพริมิดีนกับไพริมิดีนนั้นไม่เหมาะสมทางพลังงาน เนื่องจากโมเลกุลอยู่ห่างกันเกินไปจนไม่สามารถสร้างพันธะไฮโดรเจนได้ การจับคู่พิวรีนกับพิวรีนก็ไม่เหมาะสมทางพลังงานเช่นกัน เนื่องจากโมเลกุลอยู่ใกล้กันเกินไป ทำให้เกิดแรงผลักจากการทับซ้อนกัน การจับคู่เบสพิวรีน-ไพริมิดีนของ AT หรือ GC หรือ UA (ใน RNA) ส่งผลให้เกิดโครงสร้างแบบคู่เกลียวที่ถูกต้อง การจับคู่พิวรีน-ไพริมิดีนอื่นๆ จะมีเพียง AC, GT และ UG (ใน RNA) เท่านั้น ซึ่งการจับคู่เหล่านี้ไม่เข้ากัน เนื่องจากรูปแบบของตัวให้และตัวรับไฮโดรเจนไม่ตรงกัน การจับคู่ GU ซึ่งมีพันธะไฮโดรเจนสองพันธะ เกิดขึ้นค่อนข้างบ่อยในRNA (ดูการจับคู่เบสแบบวอบเบิล )

โมเลกุล DNA และ RNA ที่จับคู่กันนั้นค่อนข้างเสถียรที่อุณหภูมิห้อง แต่สายนิวคลีโอไทด์ทั้งสองจะแยกออกจากกันเมื่ออุณหภูมิสูงกว่าจุดหลอมเหลวซึ่งจุดหลอมเหลวนี้ขึ้นอยู่กับความยาวของโมเลกุล ระดับของการจับคู่ผิดพลาด (ถ้ามี) และปริมาณ GC ยิ่งมีปริมาณ GC มากเท่าไหร่ จุดหลอมเหลวก็ยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น ดังนั้นจึงไม่น่าแปลกใจที่จีโนมของ สิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่ในสภาพแวดล้อม สุดขั้วเช่นThermus thermophilusจึงมีปริมาณ GC สูงเป็นพิเศษ ในทางกลับกัน บริเวณของจีโนมที่จำเป็นต้องแยกออกจากกันบ่อยๆ เช่น บริเวณโปรโมเตอร์ของ ยีนที่ ถูกถอดรหัส บ่อยๆ จะมีปริมาณ GC ค่อนข้างต่ำ (ตัวอย่างเช่น ดูในกรอบ TATA ) ปริมาณ GC และอุณหภูมิหลอมเหลวจะต้องนำมาพิจารณาด้วยเมื่อออกแบบ ไพรเมอร์สำหรับปฏิกิริยา PCR

ลำดับดีเอ็นเอต่อไปนี้แสดงรูปแบบคู่สายคู่ ตามธรรมเนียมแล้ว สายบนจะเขียนจากปลาย 5′ไปยังปลาย 3′ดังนั้น สายล่าง (สายเสริม) จะเขียนจาก 3′ ไปยัง 5′

ลำดับดีเอ็นเอที่จับคู่เบส:

ATCGATTGAGCTCTAGCG

TAGCTAACTCGAGATCGC

ลำดับ RNA ที่สอดคล้องกัน ซึ่ง มีการแทนที่ไทมีนด้วย ยูราซิลในสาย RNA:

AUCGAUUGAGCUCUAGCG

UAGCUAACUCGAGAUCGC

ฐานรองเท้าแบบโยกเยก

การเปรียบเทียบเบสคู่ของ Hoogsteen กับ Watson–Crick ^{[ 12 ]}

นอกเหนือจากการจับคู่แบบวัตสัน-คริกมาตรฐาน (A•T/UG•C) แล้ว บางสภาวะยังสามารถส่งเสริมการจับคู่เบสที่มีทิศทางการวางตัวของเบสแบบอื่น รวมถึงจำนวนและรูปทรงของพันธะไฮโดรเจนได้อีกด้วย การจับคู่เหล่านี้จะมาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงรูปร่างของโครงสร้างหลักในระดับท้องถิ่น

ที่พบได้บ่อยที่สุดคือการจับคู่เบสแบบวอบเบิลที่เกิดขึ้นระหว่างtRNAและmRNAที่ตำแหน่งเบสที่สามของโคดอน จำนวนมาก ในระหว่างการถอดรหัส^{[ 13 ]}และในระหว่างการชาร์จ tRNA โดย tRNA synthetases บางชนิด[ 14 ^{]นอกจากนี้}ยังพบได้ในโครงสร้างทุติยภูมิของลำดับ RNA บางลำดับ^{[ 15 ]}

นอกจากนี้การจับคู่เบสแบบ Hoogsteen (โดยทั่วไปเขียนเป็น A*U/T และ G*C) สามารถเกิดขึ้นได้เมื่อใช้ "ด้าน" ที่แตกต่างกันของเบสพิวรีนในการจับคู่ ซึ่งเกิดขึ้นในลำดับ DNA บางลำดับ (เช่น ไดนิวคลีโอไทด์ CA และ TA) ที่อยู่ในสมดุลไดนามิกกับการจับคู่แบบ Watson–Crick มาตรฐาน^{[ 12 ]}นอกจากนี้ยังพบเห็นได้ในโปรตีน-DNA คอมเพล็กซ์บางชนิด^{[ 16 ]}และยังมีการจับคู่เบสแบบ Hoogsteen ย้อนกลับในtRNAซึ่งทั้งพิวรีนและไพริมิดีนใช้ "ด้าน" ที่แตกต่างกัน^{[ 17 ] [ 18 ]}

นอกเหนือจากการจับคู่เบสทางเลือกเหล่านี้แล้ว ยังพบพันธะไฮโดรเจนระหว่างเบสที่หลากหลายในโครงสร้างทุติยภูมิและตติยภูมิของ RNA ^{[ 19 ]}พันธะเหล่านี้มักจำเป็นสำหรับรูปร่างที่ซับซ้อนและแม่นยำของ RNA รวมถึงการจับกับพันธมิตรปฏิสัมพันธ์^{[ 19 ]}

คู่เบสที่ไม่ตรงกันสามารถเกิดขึ้นได้จากข้อผิดพลาดในการจำลองดีเอ็นเอและเป็นตัวกลางระหว่างการรวมตัวกันของโฮโมโลกัสกระบวนการซ่อมแซมความไม่ตรงกันโดยปกติจะต้องจดจำและซ่อมแซมคู่เบสที่ไม่ตรงกันจำนวนเล็กน้อยภายในลำดับยาวของคู่เบสดีเอ็นเอปกติ เพื่อซ่อมแซมความไม่ตรงกันที่เกิดขึ้นระหว่างการจำลองดีเอ็นเอ กระบวนการซ่อมแซมที่แตกต่างกันหลายอย่างได้พัฒนาขึ้นเพื่อแยกแยะระหว่างสายแม่แบบและสายที่เกิดขึ้นใหม่ เพื่อให้เฉพาะนิวคลีโอไทด์ที่ไม่ถูกต้องที่แทรกเข้าไปใหม่เท่านั้นที่จะถูกกำจัดออกไป (เพื่อหลีกเลี่ยงการสร้างการกลายพันธุ์) ^{[ 20 ]} โปรตีนที่ใช้ในการซ่อมแซมความไม่ตรงกันระหว่างการจำลองดีเอ็นเอ และความสำคัญทางคลินิกของข้อบกพร่องในกระบวนการนี้ อธิบายไว้ในบทความการซ่อมแซมความไม่ตรงกันของดีเอ็นเอกระบวนการแก้ไขความไม่ตรงกันระหว่างการรวมตัวกัน อธิบายไว้ในบทความการ แปลงยีน

อะนาล็อกทางเคมีของนิวคลีโอไทด์สามารถเข้ามาแทนที่นิวคลีโอไทด์ที่ถูกต้องและสร้างการจับคู่เบสที่ไม่เป็นไปตามแบบแผน ซึ่งนำไปสู่ข้อผิดพลาด (ส่วนใหญ่เป็นการกลายพันธุ์แบบจุด ) ในการจำลองแบบ DNAและการถอดรหัส DNAเนื่องมาจาก เคมี ไอโซสเตอริก ของพวกมัน อะนาล็อกเบสที่ก่อให้เกิดการกลายพันธุ์ทั่วไปอย่างหนึ่งคือ5-โบรโมยูราซิลซึ่งมีลักษณะคล้ายไทมีน แต่สามารถจับคู่เบสกับกัวนีนในรูปแบบอีโนลได้^{[ 21 ]}

สารเคมีอื่นๆ ที่รู้จักกันในชื่อสารแทรก DNAจะเข้าไปอยู่ในช่องว่างระหว่างเบสที่อยู่ติดกันบนสายเดี่ยวและทำให้เกิดการกลายพันธุ์แบบเฟรมชิฟต์โดย "ปลอมตัว" เป็นเบส ทำให้กลไกการจำลอง DNA ข้ามหรือแทรกนิวคลีโอไทด์เพิ่มเติมที่ตำแหน่งที่แทรกเข้าไป สารแทรกส่วนใหญ่เป็น สารประกอบ โพลีอะ โรมาติกขนาดใหญ่ และเป็นที่รู้จักหรือสงสัยว่าเป็นสารก่อมะเร็งตัวอย่างเช่นเอทิเดียมโบร ไมด์ และอะคริดีน^{[ 22 ]}

โดยทั่วไปมักใช้ตัวย่อต่อไปนี้เพื่ออธิบายความยาวของโมเลกุล D/R NA :

• bp = คู่เบส—หนึ่ง bp สอดคล้องกับความยาวประมาณ 3.4  Å (340  pm ) ^{[ 23 ]}ตามสาย และประมาณ 618 หรือ 643 ดาลตันสำหรับ DNA และ RNA ตามลำดับ
• kb (= kbp) = กิโลเบสแพร์ = 1,000 bp
• Mb (= Mbp) = เมกะเบสแพร์ = 1,000,000 bp
• Gb (= Gbp) = กิกะเบสแพร์ = 1,000,000,000 bp

สำหรับดีเอ็นเอ/อาร์เอ็นเอแบบสายเดี่ยว จะใช้หน่วยนิวคลีโอไทด์ซึ่งย่อว่า nt (หรือ knt, Mnt, Gnt) เนื่องจากนิวคลีโอไทด์ไม่ได้จับคู่กัน เพื่อแยกความแตกต่างระหว่างหน่วยจัดเก็บข้อมูลคอมพิวเตอร์กับเบส อาจใช้ kbp, Mbp, Gbp เป็นต้น สำหรับคู่เบส

เซนติมอร์แกนยังมักใช้เพื่อบ่งบอกระยะทางตามโครโมโซม แต่จำนวนเบสคู่ที่สอดคล้องกับเซนติมอร์แกนจะแตกต่างกันอย่างมาก ขึ้นอยู่กับรูปแบบของการไขว้กันของโครโมโซมในจีโนมของมนุษย์ เซนติมอร์แกนมีเบสคู่ประมาณ 1 ล้านคู่^{[ 24 ] [ 25 ]}

คู่เบสที่ไม่เป็นธรรมชาติ (UBP) คือหน่วยย่อย (หรือนิวคลีโอเบส ) ของDNAที่ออกแบบขึ้นในห้องปฏิบัติการและไม่พบในธรรมชาติ มีการอธิบายลำดับ DNA ที่ใช้นิวคลีโอเบสที่สร้างขึ้นใหม่เพื่อสร้างคู่เบสที่สาม นอกเหนือจากคู่เบสสองคู่ที่พบในธรรมชาติ คือ A•T ( อะดีนีน – ไทมีน ) และ G•C ( กัวนีน – ไซโตซีน ) กลุ่มวิจัยบางกลุ่มได้ค้นหาคู่เบสที่สามสำหรับ DNA รวมถึงทีมที่นำโดยSteven A. Benner , Philippe Marliere , Floyd E. RomesbergและIchiro Hirao [ ^{26 ] มี}การรายงานคู่เบสใหม่บางคู่โดยอาศัยพันธะไฮโดรเจนทางเลือก ปฏิสัมพันธ์แบบไฮโดรโฟบิก และการประสานงานของโลหะ^{[ 27 ] [ 28 ] [ 29 ] [ 30 ]}

ในปี พ.ศ. 2532 สตีเวน เบนเนอร์ (ซึ่งขณะนั้นทำงานอยู่ที่สถาบันเทคโนโลยีแห่งสหพันธรัฐสวิสในซูริก) และทีมของเขาได้นำไซโตซีนและกัวนีนในรูปแบบที่ดัดแปลงแล้วมาสร้างเป็นโมเลกุล DNA ในหลอดทดลอง^{[ 31 ]}นิวคลีโอไทด์ซึ่งเข้ารหัสอาร์เอ็นเอและโปรตีนนั้นได้รับการจำลองแบบในหลอดทดลอง ได้สำเร็จ ตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา ทีมของเบนเนอร์ได้พยายามสร้างเซลล์ที่สามารถสร้างเบสต่างชนิดขึ้นมาเองตั้งแต่เริ่มต้น โดยไม่ต้องใช้สารตั้งต้น^{[ 32 ]}

ในปี 2545 กลุ่มของ Ichiro Hirao ในญี่ปุ่นได้พัฒนาคู่เบสที่ไม่เป็นธรรมชาติระหว่าง 2-amino-8-(2-thienyl)purine (s) และ pyridine-2-one (y) ซึ่งทำหน้าที่ในการถอดรหัสและการแปลรหัส เพื่อการรวมกรดอะมิโนที่ไม่เป็นมาตรฐานลงในโปรตีนอย่างเฉพาะเจาะจง^{[ 33 ]}ในปี 2549 พวกเขาสร้าง 7-(2-thienyl)imidazo[4,5-b]pyridine (Ds) และ pyrrole-2-carbaldehyde (Pa) เป็นคู่เบสที่สามสำหรับการจำลองแบบและการถอดรหัส^{[ 34 ]}ต่อมา Ds และ 4-[3-(6-aminohexanamido)-1-propynyl]-2-nitropyrrole (Px) ถูกค้นพบว่าเป็นคู่ที่มีความแม่นยำสูงในการขยายสัญญาณ PCR ^{[ 35 ] [ 28 ]}ในปี 2556 พวกเขาได้ประยุกต์ใช้คู่ Ds-Px ในการสร้าง DNA aptamer โดย การคัดเลือก ในหลอดทดลอง (SELEX) และแสดงให้เห็นว่าการขยายตัวอักษรทางพันธุกรรมช่วยเพิ่มความสัมพันธ์ของ DNA aptamer กับโปรตีนเป้าหมายอย่างมีนัยสำคัญ^{[ 36 ]}

ในปี 2012 กลุ่มนักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกันที่นำโดย Floyd Romesberg นักชีววิทยาเคมีที่สถาบันวิจัย Scrippsในซานดิเอโก รัฐแคลิฟอร์เนีย ได้ตีพิมพ์ว่าทีมของเขาออกแบบคู่เบสที่ไม่เป็นธรรมชาติ (UBP) ^{[ 29 ]} นิวคลีโอ ไทด์เทียมใหม่สองตัวหรือคู่เบสที่ไม่เป็นธรรมชาติ (UBP) ได้รับการตั้งชื่อว่าd5SICSและdNaMในทางเทคนิคมากขึ้นนิวคลีโอไทด์ เทียมเหล่านี้ ที่มีนิวคลีโอเบสที่ไม่ชอบน้ำ มี วงแหวนอะโรมาติกสองวงที่หลอมรวมกันซึ่งก่อตัวเป็นคอมเพล็กซ์ (d5SICS–dNaM) หรือคู่เบสใน DNA ^{[ 32 ] [ 37 ]} ทีมของเขาออกแบบแม่แบบ ในหลอดทดลอง หรือ "หลอดทดลอง" ที่หลากหลาย ซึ่งมีคู่เบสที่ไม่เป็นธรรมชาติ และพวกเขายืนยันว่ามันถูกจำลองอย่างมีประสิทธิภาพด้วยความแม่นยำสูงในบริบทลำดับเกือบทั้งหมดโดยใช้เทคนิค ในหลอดทดลองมาตรฐานสมัยใหม่ได้แก่การขยาย DNA ด้วย PCRและการใช้งานที่ใช้ PCR ^{[ 29 ]}ผลลัพธ์ของพวกเขาแสดงให้เห็นว่าสำหรับ PCR และการใช้งานที่ใช้ PCR คู่เบสที่ไม่เป็นธรรมชาติ d5SICS–dNaM นั้นมีฟังก์ชันเทียบเท่ากับคู่เบสที่เป็นธรรมชาติ และเมื่อรวมกับคู่เบสที่เป็นธรรมชาติอีกสองคู่ที่สิ่งมีชีวิตทั้งหมดใช้ ได้แก่ A–T และ G–C พวกมันจะให้ "อักษรพันธุกรรม" หกตัวที่มีฟังก์ชันการทำงานครบถ้วนและขยายออกไป^{[ 37 ]}

ในปี 2014 ทีมเดียวกันจากสถาบันวิจัย Scripps รายงานว่าพวกเขาสังเคราะห์ดีเอ็นเอวงกลมส่วนหนึ่งที่เรียกว่าพลาสมิดซึ่งประกอบด้วยคู่เบส TA และ CG ตามธรรมชาติ พร้อมกับ UBP ที่มีประสิทธิภาพดีที่สุดที่ห้องปฏิบัติการของ Romesberg ออกแบบและแทรกเข้าไปในเซลล์ของแบคทีเรียทั่วไปE. coliซึ่งสามารถจำลองคู่เบสที่ไม่เป็นธรรมชาติได้สำเร็จผ่านหลายรุ่น^{[ 26 ]}การถ่ายทอดยีนไม่ได้ขัดขวางการเจริญเติบโตของ เซลล์ E. coliและไม่แสดงสัญญาณของการสูญเสียคู่เบสที่ไม่เป็นธรรมชาติเนื่องจาก กลไก การซ่อมแซมดีเอ็นเอ ตามธรรมชาติ นี่เป็นตัวอย่างแรกที่รู้จักของสิ่งมีชีวิตที่ส่งต่อรหัสพันธุกรรมที่ขยายไปยังรุ่นต่อๆ ไป^{[ 37 ] [ 38 ]} Romesberg กล่าวว่าเขาและเพื่อนร่วมงานได้สร้างตัวแปร 300 แบบเพื่อปรับปรุงการออกแบบนิวคลีโอไทด์ที่จะมีความเสถียรเพียงพอและสามารถจำลองได้ง่ายเหมือนกับนิวคลีโอไทด์ตามธรรมชาติเมื่อเซลล์แบ่งตัว สิ่งนี้สำเร็จได้ส่วนหนึ่งจากการเพิ่มยีนสาหร่าย ที่สนับสนุน ซึ่งแสดงออกถึง ตัวขนส่ง นิวคลีโอไทด์ไตรฟอสเฟตซึ่งนำเข้าไตรฟอสเฟตของทั้ง d5SICSTP และ dNaMTP เข้าสู่แบคทีเรียE. coli ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ^{[ 37 ]}จากนั้น เส้นทางการจำลองแบบตามธรรมชาติของแบคทีเรียจะใช้สิ่งเหล่านี้เพื่อจำลองพลาสมิดที่มี d5SICS–dNaM ได้อย่างแม่นยำ นักวิจัยคนอื่นๆ ต่างประหลาดใจที่แบคทีเรียสามารถจำลองหน่วยย่อย DNA ที่มนุษย์สร้างขึ้นเหล่านี้ได้^{[ 39 ]}

การรวมคู่เบสที่สามที่ประสบความสำเร็จถือเป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญในการบรรลุเป้าหมายของการขยายจำนวนกรดอะมิโนที่สามารถเข้ารหัสโดย DNA ได้อย่างมาก จาก 20 กรดอะมิโนที่มีอยู่เป็น 172 กรดอะมิโนตามทฤษฎีที่เป็นไปได้ ซึ่งจะช่วยขยายศักยภาพของสิ่งมีชีวิตในการสร้างโปรตีนใหม่[ 26 ^{]สายDNA}เทียมยังไม่ได้เข้ารหัสอะไรเลย แต่เหล่านักวิทยาศาสตร์คาดการณ์ว่าอาจได้รับการออกแบบเพื่อผลิตโปรตีนใหม่ซึ่งอาจมีประโยชน์ในอุตสาหกรรมหรือเภสัชกรรม^{[ 40 ]}ผู้เชี่ยวชาญกล่าวว่า DNA สังเคราะห์ที่รวมคู่เบสที่ไม่เป็นธรรมชาติทำให้เกิดความเป็นไปได้ของสิ่งมีชีวิตที่มีรหัส DNA ที่แตกต่างกัน^{[ 39 ] [ 40 ]}

แหล่งข้อมูลต่อไปนี้มีข้อมูลเกี่ยวกับพลังงานอิสระ (มาตรวัดความแข็งแรงทางเทอร์โมไดนามิก) ของคู่เบส:

• Vendeix et al. 2009, ตารางที่ 1 ได้รับจากการจำลองโมเลกุลของ RNA รวมถึงเบสมาตรฐานและเบสที่ดัดแปลง พลังงานอิสระสำหรับ 300 K ^{[ 41 ]}

อย่างไรก็ตาม การรู้เพียงแค่สถานะพันธะไฮโดรเจนที่มีพลังงานต่ำสุดระหว่างนิวคลีโอเบส สองตัวนั้น ไม่เพียงพอ ความเสถียรของโมเลกุลกรดนิวคลีอิกยังมาจากการเรียงซ้อนของเบสซึ่งความแข็งแรงอาจแตกต่างกันไปตามเบสที่ดัดแปลงเมื่อเทียบกับเวอร์ชันดั้งเดิม สถานะพันธะไฮโดรเจนที่เหมาะสมที่สุดสำหรับเบสสองตัวอาจต้องใช้การโค้งงอของโครงสร้างหลักของกรดนิวคลีอิกในปริมาณที่ไม่เป็นธรรมชาติ ปัจจัยทั้งหมดนี้มีส่วนทำให้ความแข็งแรง "ที่มีประสิทธิภาพ" ของคู่เบสในบริบทของโครงสร้างทุติยภูมิของกรดนิวคลีอิกซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมการทำนายโครงสร้างดังกล่าวจึงต้องการแบบจำลอง "เพื่อนบ้านที่ใกล้ที่สุด" ที่อธิบายคู่เบสในแง่ของพลังงานอิสระ (ที่ 37 °C) และเอนทาลปี (สำหรับการปรับขนาดให้เข้ากับอุณหภูมิที่แตกต่างกัน) ดังนี้: ^{[ 42 ]}

• ชิ้นส่วนเกลียว เช่น AA•UU และ GGUC•CUGG (ลำดับทางด้านซ้ายของเครื่องหมายโคลอนเขียนในทิศทาง 5'-to-3' ตามปกติ แต่ลำดับทางด้านขวาเขียนในทิศทาง 3'-to-5' แบบกลับกัน)
• ความไม่เข้าคู่กันที่ปลาย (ไม่มีคู่ที่ปลายเกลียว เช่น CA•GA)

รายชื่อแบบจำลอง "เพื่อนบ้านที่ใกล้ที่สุด" สามารถดูได้ที่การทำนายโครงสร้างกรดนิวคลีอิก § แบบจำลองทางเทอร์โมไดนามิก

• รายชื่อโพลีมอร์ฟิซึมแบบนิวคลีโอไทด์เดี่ยวของ Y-DNA
• การจับคู่เบสที่ไม่เป็นไปตามแบบแผน
• กฎของชาร์กาฟฟ์

วิกิมีเดียคอมมอน ส์มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับการจับคู่เบส

• DAN — เวอร์ชันเว็บเซิร์ฟเวอร์ของ เครื่องมือ EMBOSSสำหรับคำนวณอุณหภูมิหลอมเหลว