99%不知道,基因合成第一性原理?

科学家对基因的认识和研究已有一百多年历程,从孟德尔的遗传规律到DNA双螺旋结构的发现,再到人类基因组计划的完成,这些都极大地推动我们对基因的理解。基因 “读” “写” “编” 技术也正在帮助我们一步步 “破解” “重塑” “改造” 生命密码。基因合成是生命密码的底层驱动器!

早在2300年前,亚里士多德提出“第一推动”:指一切事物目的与运动背后的原因。科学研究的重要目标之一是追寻其固有的原动力!你是否思考过:从本质出发,驱动基因合成的根本原动力是什么?

DNA合成技术对比

早在2300年前,亚里士多德提出“第一推动”:指一切事物目的与运动背后的原因。科学研究的重要目标之一是追寻其固有的原动力!你是否思考过:从本质出发,驱动基因合成的根本原动力是什么?

基因合成第一性原理——“     ”

基因合成背后的根本原动力是“序列自由”,即基因合成的第一性原理。“序列自由”是指通过高效、低成本的DNA设计组装能力让客户实现“DNA序列自由”。这赋予我们空前未有的自由度,能够设计、优化改造并合成DNA序列,满足生物医药、生命科学、分子诊断、分子育种等领域的应用需求。

序列自由的提出不仅仅是技术上的突破,更是一次思维方式的革新。它打破了传统基因合成的限制,让我们能够更加自由地探索生命的奥秘,发现新的科学规律。序列自由是构建生物功能元件、装置和系统,对细胞或生命体进行遗传学设计、改造或创造新的生物系统的底层驱动力。

DNA合成的技术革新

无论是“改造已有的天然生物系统”,还是“设计和建造新的生物元件、装置和系统”,都是基于DNA进行的。在实现“序列自由”的目标下,研究人员在基因合成领域不断探索和优化合成方法及策略,取得了显著的进展。

DNA合成技术

DNA合成技术主要分为化学法和酶促法。酶促法能从头合成1005个碱基的DNA序列,这是单次合成最长的寡核苷酸。但酶促合成技术成本高,尚未实现大规模的商业应用。目前最为成熟且被广泛应用的依旧是化学法,包括柱式合成技术、芯片合成技术。

DNA合成技术对比

此外,新兴的商业化技术还包括热控合成(Evonetix )、文库基因合成(Ribbon Biolabs)、从DNA微阵列合成基因(Twist Bioscience)、滚环扩增技术(Touchlight Genetics)等。

DNA组装技术

DNA片段从头合成的长度有限,更长基因或基因组需要通过寡核苷酸片段的酶促组装或体内组装获得。DNA组装方法分为三类:酶依赖的DNA组装、非酶依赖的DNA组装、依赖于体内同源重组的DNA组装。

常见体外和体内DNA组装技术及流程

常用的DNA组装技术有重叠延伸 PCR (OE-PCR) 组装技术、BioBricks?组装技术、Golden Gate组装技术、TPA 组装技术、Gibson组装技术、TAR酵母同源重组等技术。

DNA纠错技术

寡核苷酸合成与组装过程常出现核苷酸的插入、缺失和取代等错误。DNA纠错技术可有效地去除这些错误,提高合成准确性。常用的纠错方法包括:通过高效液相色谱法、聚丙烯酰胺凝胶电泳或疏水性纯化柱过滤去除合成不完全的片段、寡核苷酸捕获探针杂交、NGS 技术纠错以及MutS 酶纠错法。

随着DNA 合成、组装与错误纠正技术的不断发展,实现从头合成、按需合成的时代已经到来。同时,更多新型合成技术也在不断涌现,为实现“序列自由”的目标奠定了坚实的基础。

实现序列自由的无限可能

随着技术的不断发展,我们相信,序列自由将逐渐成为引领性趋势。尽管实现序列自由面临着诸多挑战,包括技术安全性、伦理道德等问题,但这正是推动我们不断前行的原动力。

泓迅生物——攻克难度序列,实现序列自由

我们为您提供快速、优质、高效的基因合成服务。先进设计和制造,积累近百亿碱基、上百万密码子优化经验。我们自主研发CI(Complexity Index)、AI-TAT、NGCodonTM等多款生物智能分析工具,为高难度复杂基因合成提供高效的解决方案。近百亿碱基合成经验与AI智能分析系统,共同推动DNA合成向更智能化、精准化和快速化方向发展。

References[1] 刘晓,王慧媛,熊燕,等.基因合成与基因组编辑[J].中国细胞生物学学报,2019,41(11):2072-2082.[2] 彭凯,逯晓云,程健等.DNA合成、组装与纠错技术研究进展[J].合成生物学,2020,1(06):697-708.[3] Kosuri S, Church GM. Large-scale de novo DNA synthesis: technologies and applications. Nat Methods. 2014 May;11(5):499-507.

(来源:当代健康)

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作者: usere678u6eu

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