基因工厂:酶能改变人造DNA合成?

创建合成DNA的庞大的任务显示了一个简单的想法在实践中可以无限复杂。理论很简单明了:DNA合成涉及建立一个人为的版本的核酸链形成我们的遗传密码。DNA分子可能是最著名的结构生物学,但重建结构使用人造工具是一个任务,多年来一直占据着许多思想,其中包括巴黎DNA的28个员工脚本,创业的目标改变生物学如何构建基因合成材料。

“很明显,在这个领域的研发进展的能力是与你使用的工具和技术可用,“Sylvain Gariel说,DNA脚本的首席运营官和创始人之一。Gariel承认该行业正在以令人难以置信的速度增长,但不提供技术支持:“当你看的技术被用来创建合成DNA,他们在过去的40年里没有改变。因此,在性能方面有很大的差异之间的化学技术,现在市场上使用的传统方法,和另一个行业的表现,例如测序行业——可能是一个100000到1000000倍成本的差异。周转时间也是一个大问题,所以这是我们试图解决的。”

更新DNA合成技术

化学技术,Gariel指是phosphoramidite方法,发达Caruthers马文在科罗拉多大学于1981年。Phosphoramidites是核苷的衍生品,一个分子包含三分之二的三方DNA单位——一个基地(腺嘌呤(a)、胸腺嘧啶(T)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)和脱氧核糖分子。这些分子可以使用一个复杂的四步合成方法加在一起,尽管多年来调整和自动化,Caruthers很大程度上仍然依赖于原始研究。Gariel和他的团队相信这是一个更新的时间。

phosphoramidite方法有些先进的多年来,Gariel说,“现在我们能做例行100核苷酸化学,有时可以走得更远。问题是,耦合效率每一步是介于98.5%和99.5%的范围。这意味着,如果你连续做100个的反应,你会有一个指数的影响减少产量。”

“所以,你必须制造小的DNA片段,然后你需要找到一个方法来缝合在一起能够制造长结构,特别是基因。这是一个非常繁琐的过程。有些人掌握它并让它可行的,但是,如果你想在网上订购一个特定基因的今天,它会花掉你几百美元,你可能需要20天左右才能把你的产品。”

DNA脚本的三个创始人:Xavier戈登,托马斯•Ybert Sylvain Gariel

酶工程

Gariel和他的团队提出的是一种合成DNA的新方法依赖于公司的专有仿生酶。这些酶是基于结构的聚合酶,一种蛋白质,这种蛋白质负责自然合成的DNA发生在我们的细胞。这些聚合酶模拟结合DNA脚本修改核苷酸合成过程严格控制。公司许可技术的应用分子进化基金会(FfAME)允许脚本的DNA酶合成DNA不需要模板序列构建合成的序列。Gariel希望这项技术,最初DNA测序,脚本将帮助DNA复制的进步见过在这一领域。

一个技术,许多应用程序

DNA测序,然而,本身是一个目标——确定基因组序列可以帮助我们了解更多关于我们周围的世界和用于从战斗癌症寻找青蛙。合成DNA实际上是用来做什么的?弗洛伊德Romesberg教授,斯克里普斯研究所的教授,花了数年时间来思考富有想象力使用人工DNA。Romesberg解释了他的实验室使用合成DNA的工作:“我们做不同类型的研究,依靠合成DNA。大约一半的DNA的某些方面我的实验室工作,通常包含修改复制的DNA,例如糖的修改,或完全不自然的引入碱基对。在我的早期,我们花了很多时间合成的DNA片段,我们将分析DNA聚合酶。我们几乎总是从一个合成DNA片段。现在,很多更先进,我们使用DNA细胞,例如,但我们总是先合成DNA片段。这是很多现代合成生物学研究的要求”。

Romesberg的研究重点之一是扩大DNA字母使用“不自然的碱基对”(ubp)。这个字母指的是四个自然含氮碱基。Romesberg的实验室去年登上报纸头条后,他们公布了一个“半合成细菌包含两个额外的基地;X和y这些ubp添加到质粒,圈子之外的细菌染色体的DNA。

酶技术将被采用到这个工作吗?Romesberg表明应用程序可能需要时间来赶上技术:“我们现在不使用它,但我们可能会在不久的将来。我们现在做的是只有一个或两个ubp纳入一个质粒,我们可以用碎片和组装方法,其余的DNA是自然的。但当我们开始推和多个ubp合并到一个质粒,说一个质粒8 ubp——如果他们都是一个小的局部地区然后我们当然可以做我们现在所做的方式,但如果他们那变得越来越笨拙。所以合成DNA将变得越来越有用的对我们能够合成大片段DNA质粒。”

未来的DNA数据存储

最近的一个合成DNA的应用是使用它作为一个存储设备保存更多的数据比硅基闪存并持续更长时间。Gariel说,像这样的新兴技术,酶是一种必要的方法:“我认为如果你想去DNA数据存储,这只是我的意见,你会需要酶的合成。为什么?因为当你看的成本和时间,你需要做的DNA数据存储,你需要每一个优化,您可以找到,因为目前的速度是数量级。你需要做这个反应快,我不认为phosphoramidite化学可以这么快。”

同时Gariel热衷于强调他的酶技术至少几年远离能够改变我们如何使合成基因和存储的信息,Romesberg指出这样一个事实:一个利基等技术迅速显示字段已经存在:“如果你问一个人20年前如果酶技术需要,他们会说“不,没有人需要,“但随着技术的发展,让我们做不同的事情与合成技术;人甚至想让基因组,只有有了这些新的视野和目标,人们现在需要更长的DNA。”

至少Gariel,似乎准备实现雄心勃勃的研究这些新视野,并将一直以来承诺的革命合成基因:“随着时间的推移,我们意识到合成DNA是生命科学行业硅是什么世界,这意味着我们需要能够有效地把DNA写成我们今天读。”