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一天一个基因!科学先驱Nature Biotechnology公布全新DNA合成技术

生物通报道:一组研究人员研发出了一种新的DNA合成技术,可以在一天中制作一个基因!目前使用的合成技术是四十年前研发的,这项最新技术是近四十年来DNA合成技术研究的首个突破性进展。

这一研究成果公布在Nature Biotechnology杂志上。

领导这一研究的是美国工程院院士Jay D. Keasling,Keasling是国际合成生物学产业化先驱,现任合成生物化学研究中心主任、美国生物能源联合研究所CEO、美国加州大学伯克利分校合成生物学工程研究中心主任、Hubbard Howe杰出讲席教授。他曾荣获“国际埃尼奖”、“海因茨奖”、 “国际代谢工程奖等”等重要奖项,还先后被世界经济论坛、《探索》、《经济学家》等杂志评为“技术先锋”、 “年度科学家”和“年度创新家”。

DNA合成是一项非常有潜力的技术,目前主要用于三个领域:化学领域、转基因领域、医疗领域。比如利用DNA合成技术研发新药疫苗以及其他抗体。现在很普及的乙型肝炎疫苗,就是利用DNA重组的酵母菌生产的。

但是目前DNA合成技术无论是在厂家还是实验室中都流程冗长,可能产生有毒副产品,并且随着长度的增加而变得更容易出错。这个过程需要连接小片段DNA,因此可能会出现错误。厂家一般需要长达两周的时间才能为研究人员提供合成基因。

“我们已经想到了一种合成DNA的新方法,它利用的是自然界本身制造DNA的机器,”文章一作,加州大学伯克利分校生物分子工程博士生Sebastian Palluk说。

他们的这种技术利用了末端脱氧核苷酸转移酶(TdT),TdT是一种脊椎动物免疫系统产生新DNA的酶。 TdT通常会随机添加核苷酸,导致这个过程难以控制。

为了解决这个问题,研究人员将TdT连接到一个核苷酸上。这样,在酶帮助DNA序列添加核苷酸之后,它就会被束缚住,防止链进一步生长。之后连接了分子的酶就会被剔除,下一个酶 -核苷酸再继续添加上。

使用这种技术,Keasling小组生成了长度为10个核苷酸的DNA链。这个过程准确率达到98%,比目前DNA合成方法的99%准确率稍低一些。

研究人员表示,如果精度更高,就可以合成更长的链,比如长达1,000个核苷酸。“通过直接合成更长的DNA分子,就可以减少将寡核苷酸拼接在一起的繁琐过程。”

著名学者George Church(未参与该项研究)表示,一旦这一研究团队能够更精确地优化合成长链DNA的方法,“这将会带来巨大的影响。”

(生物通:万纹)

原文标题:De novo DNA synthesis using polymerase nucleotide conjugates

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