对DNA清理工作流程效率的需求

在过去的几十年里，基因工程取得了巨大的进步，从工业生物技术到医学，许多领域都从中受益。然而，相关实验室技术的发展往往跟不上这一步伐，使许多方法过时，需要改革。

188金宝搏备用贝克曼·库尔特生命科学公司的商业产品经理布列塔尼·尼克姆接受了采访，了解了基于柱状DNA清除技术(基因工程中使用的一种关键技术)的局限性，并探索了其他现代化的选择。在这次采访中，布列塔尼也分享了她对基因工程领域最大趋势和进步的看法，以及她对未来技术的展望。

安娜·麦克唐纳(AM):作为基因工程领域的一员，从您的角度来看，在过去的20年里，该领域有哪些主要的进展?

Brittany Niccum (BN):过去几十年发生了很多事情。我刚进入这个领域的时候，有一个很大的领域是制造生物燃料。我在实验室轮班，我们在那里研究工程细菌生产氢气。问题是，天然石油仍然相当便宜，而制造这些生物却不便宜，所以这种趋势有所减弱。但它的结果是改造生物体来制造需求量很大的化合物，同时也有一种困难的自然方法:例如，治疗疟疾，青蒿素，过去常从苦艾树皮中提取。现在我们可以改造微生物来生产这种化学物质，而不必依赖于从树皮中提取它。因此，放弃那些价格更高或对生态破坏太大的化学物质非常重要。

基因工程在科学和医学上有很多应用。詹妮弗Doudna去年因开发CRISPR/Cas9而获得诺贝尔奖这是近年来基因工程的基础。研究人员已将其应用于疾病状态和遗传疾病，包括镰状细胞病、失明、癌症甚至COVID-19。

有趣的是，尽管有这些进步，在很多情况下，我们仍然在使用20世纪40年代发现的实验室技术。即使是吉布森和金门等较新的方法，也从21世纪初开始出现，并没有太大变化。因此，我们在概念上所能做的和我们仍在使用的支持它的实验室技术之间存在脱节。

问:有什么过时的实验室技术或没有跟上进步的技术的例子吗?

BN:有些东西已经有了明显的更新，比如测序技术、流式细胞仪、超离心，以及我们可以在实验室中用计算机分析做的事情。但一些基本技术并没有改变。在学校里，我总是有年长的导师，所以我学到了他们三四十年前用过的技术(一位导师回忆说，在她上学的时候，她一只手拿着吸管，另一只手拿着香烟，所以那是一个不同的时代!)当然，在我读研究生的时候，有些东西已经改变了，比如移液管和培养皿是塑料的，而不是玻璃的，培养皿是随着介质而来的。但在很多方面，如果你在二三十年前的实验室里，回到今天，你不会注意到有什么不同。

一项变化不大的技术是柱状或硅基DNA清除技术，用于DNA和质粒的纯化，首次开发于20世纪80年代。清理步骤对于几乎任何分子生物学、基因工程和合成生物学工作流程都是必不可少的。柱状清洗剂自1991年以来一直在市场上销售，从那时起就没有真正改变过。有趣的是，自1991年以来我们就没有使用过软盘了，那么为什么我们中的许多人还在使用这种旧方法呢?

问:对于实验室技术员来说，过时的技术是一个更大的问题还是工作流程本身?

BN:对于正常的PCR清理，你可以做的最大样本数量是24或36，因为这是你的离心机所能容纳的所有样本。这确实需要时间:你必须加入液体，把它带到离心机(通常在工作台的末端，几乎总是共用设备)，把样品放在里面，旋转一分钟，取出，倾倒，然后重复这样的过程。差不多都是30分钟左右。这并不是说它很难或复杂，它只是涉及太多，可能会让你头脑麻木——你真的必须坚持下去。24个样品有超过300个接触点。我笨手笨脚的，弄掉了一些样品，如果是珍贵的就不好了。由于丢失计数而跳过样品也很常见，或者在添加洗涤缓冲液时翻倍或忘记放入洗脱液。

许多技术人员每天都要做多次清理工作——对于合成生物学的工作流程来说，你有四到五个清理步骤。这意味着你至少花了两个小时可以用来做其他事情。当我的公司贝克曼库尔特生命科学公司(Beckman Coulter Life Sciences)对员工科学家和其他在实验室工作的人进行调查时，我们发现，在将样本从一个井转移到另一个井之后，PCR清理在实验室中最不受欢迎的任务中排名第二。我们也超过46%的受访者每周进行1-24次DNA或质粒准备清理，超过12%的受访者每周进行97次以上清理。清理要花很多时间，而且身体上会很痛。我最严重的移液手伤是在我读博士后期间，当时我从早上8点到第二天凌晨3点在实验室里。第二天我的手基本就没用了。

问:列清理的替代方法是什么?

BN:现在有一些仪器正在使DNA清理和质粒纯化现代化，使其成为半自动化的过程，比如贝克曼·库尔特生命科学公司开发的EMnetik系统。大概有烤面包机那么大。该试剂盒由磁珠技术SuperSPRI组成，该技术对磁场具有高度反应性。这与磁性搅拌器相结合，可以实现半自动化的磁珠DNA清理。质粒纯化试剂盒使用同样的技术从细菌培养物中纯化质粒。

EMnetik系统将接触点从300个减少到50个以下，并且可以在16分钟内完成清理工作。它也非常容易使用:用户界面告诉你要做什么以及什么时候做。所以这对没有太多经验的学生很有帮助。根据你清理的次数，你可能会缩短一天的实验时间。如果你在工业领域，为合成生物学制造结构或产品，它可以让你领先竞争对手一天。

问:这个领域还有什么其他趋势?未来的技术会是什么样子?

BN:在20世纪80年代和90年代，人们可以对基因进行测序，但这个过程是如此的劳动密集型，以至于一个测序将是他们的整个博士论文。在我的论文中，我测序了500株大肠杆菌我在五年内就做到了。因此，虽然很难想象10年或20年后我们能做到什么，但我想说的是，事情会沿着这个轨迹发展，变得更加自动化和精简。

在基因工程中，可能永远不会出现添加一种成分就永远离开的情况!这可能是件好事，因为人力资本真的很重要。但是像EMnetik系统这样的工具和未来的方法确实意味着更好、更有效地利用人们的时间。他们可以腾出时间以不同的方式应用，比如解决问题，而不是坐在板凳上做单调的工作。我记得读研究生的时候，我每天都在做清洁工作。所以，虽然像EMnetik系统这样的工具可能不会帮助我更快地完成我的博士学位，但也许它会减少一件需要担心的事情，不必为我的生活做计划。而且肯定能少受一次移液管手伤。

布列塔尼·尼克姆采访了科技网络的科学作家安娜·麦克唐纳。188金宝搏备用