兵贵神速 基因合成可望一天内完成

1981 年以来，主要的 DNA 合成方法是逐一将鸟粪嘌呤（G）、胸腺嘧啶（T）、腺嘌呤（A）、胞嘧啶（C）等 4 种含氮碱基，添加到寡核苷酸（oligonucleotide）的增长链中。但在该制程仍有许多限制以及待改进之处，包含使用一连串的有毒有机试剂、速度很慢、容易出错以及只能生成 200 个含氮碱基。大多数的基因约含数千个含氮碱基，所以合成一个基因需花费相当长的时间。

不依赖 DNA 模板的 TdT 难控制 基因合成准确率低

细胞通常不会从头开始合成 DNA，它们大部分都是在已经存在于细胞中的 DNA 模板（template）上，利用大量不同的聚合酶进行复制。然而，科学家们后来发现了一种不依赖 DNA 模板的终端去氧核糖核酸转移酶（terminal deoxynucleotidyl transferase，TdT），TdT 能随机添加核苷酸到制造免疫系统的抗体的基因上，且在这些基因中产生随机变异，使得所得抗体蛋白能更好地标靶前外来的侵略者。但多年来许多科学家试图利用 TdT 来合成所需的 DNA 序列，也就是每次增加一个核苷酸并停止，然后再用不同的核苷酸重复这个过程，但 TdT 很难控制，使得他们无法准确地控制含氮碱基的合成顺序。

一种新的 TdT 连接寡核苷酸的方法 DNA 合成更快速

近日，加州大学柏克莱分校（University of California, Berkeley）和劳伦斯伯克利国家实验室（Lawrence Berkeley National Laboratory）的研究团队，发明了一种新的 TdT 合成 DNA 方法，该方法较传统方法更容易、更快速，而且不需要使用有毒化学试剂，该研究刊登于《Nature Biotechnology》。

该研究团队首先将 4 个分离的含氮碱基放入 4 个分开的实验池中，每个碱基都有 TdT 复制物连接到 A、G、C 或 T。接着，他们从一个实验池中增加一个碱基，以增长其寡核苷酸。在 TdT 将碱基添加到寡核苷酸末端后，它仍黏连在碱基上，并且阻止任何额外的酶复制物与寡核苷酸反应并进一步延伸。然后将现有的寡核苷酸从实验池分离出来，游离的 TdT 被冲走，寡核甘酸也被预备添加下一个碱基。虽然他们已经制造出 10 个碱基的寡核苷酸，但该方法准确率仅为 98%，低于传统方法的 99%。未来若要合成长达 1,000 个碱基的寡核苷酸，该研究团队必须需进一步提升该方法的准确率提升至 99.9% 以上。

该研究团队 Jay Keasling 教授指出，TdT 很容易在细菌和酵母菌中生产，所以他们新的 DNA 方法花费较少，而且它也很快，因为大多数新的核苷酸在 10-20 秒内附着于生长中的寡核苷酸，分离寡核苷酸与 TdT 的步骤只需要一分钟，因此未来若合成一个完整的基因，可望在一天内完成。

虽然该 DNA 合成方法仍需近一步提升其准确率，但也帮助科学界以及许多生物工程师明白如何透过合成基因技术快速生成有用的物质，包括食物、新药和燃料等。

（本文由 GeneOnline授权转载；首图来源：加州大学柏克莱分校）

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