“DNA 3D打印機(jī)”讓科學(xué)家找到可按需創(chuàng)建DNA序列的新方法
時(shí)間：2018-06-23 10:31 來(lái)源：中國(guó)3D打印網(wǎng) 作者：中國(guó)3D打印網(wǎng) 閱讀：次
加利福尼亞大學(xué)伯克利分校（加州大學(xué)伯克利分校）的科學(xué)家們發(fā)明了一種按需創(chuàng)建DNA序列的新方法。它不需要使用有毒化學(xué)物質(zhì)，并且比迄今世界各地實(shí)驗(yàn)室使用的常規(guī)DNA合成技術(shù)更準(zhǔn)確。新方法可以在夜間合成基因 - 它可以產(chǎn)生比人工制造的DNA鏈長(zhǎng)十倍的DNA鏈。科學(xué)家們表示，它可能導(dǎo)致研究實(shí)驗(yàn)室的“DNA 3D打印機(jī)”，其工作方式與許多現(xiàn)代化研討會(huì)中的3D打印機(jī)一樣。
加州大學(xué)伯克利分校的研究生Dan Arlow說(shuō)：“如果你是一名機(jī)械工程師，在你的商店里有一臺(tái)3D打印機(jī)真的很棒，它可以在一夜之間打印出一部分，所以你可以在第二天早上進(jìn)行測(cè)試。如果你是研究人員或生物工程師，而且你有一種簡(jiǎn)化DNA合成的工具，那么'DNA打印機(jī)'，你可以更快地測(cè)試你的想法，并嘗試更多的新想法。”
隨著公司訂購(gòu)定制基因，合成DNA是一項(xiàng)日益增長(zhǎng)的業(yè)務(wù)，因此他們可以在微生物大桶中生產(chǎn)生物藥物，工業(yè)酶或有用的化學(xué)物質(zhì)。世界各地的實(shí)驗(yàn)室購(gòu)買合成基因插入植物或動(dòng)物或嘗試新的基于CRISPR的疾病治療。一些科學(xué)家甚至提出將信息存儲(chǔ)在DNA中，因?yàn)橐豢薉NA在理論上可以存儲(chǔ)相當(dāng)于5000萬(wàn)張DVD，而且可以穩(wěn)定數(shù)百年。然而，這意味著合成的DNA鏈比目前在生物技術(shù)行業(yè)使用的DNA鏈數(shù)量大得多。
然而，目前的DNA合成使用1981年開發(fā)的基于有機(jī)化學(xué)方法學(xué)的技術(shù)來(lái)生產(chǎn)長(zhǎng)約200個(gè)堿基的所謂寡核苷酸，因?yàn)殡S著長(zhǎng)度增加，該過程中不可避免的錯(cuò)誤導(dǎo)致正確序列的產(chǎn)量低。要裝配一個(gè)小基因，科學(xué)家們必須逐段合成它，大約200個(gè)堿基長(zhǎng)，然后將它們縫合在一起。這種技術(shù)非常耗時(shí)，非常昂貴，而且不完全精確。
Ard的同事Sebastian Palluk說(shuō)，TdT在加入所有四種DNA核苷酸方面效果同樣好，沒有副作用，可能會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生的分子結(jié)塊，而且速度非常快，每分鐘延伸DNA約200個(gè)堿基。事實(shí)上，伯克利的研究人員在他們的第一個(gè)試驗(yàn)中表明，他們更快，更簡(jiǎn)單的技術(shù)在當(dāng)前技術(shù)的每一步合成中幾乎都是精確的。
“當(dāng)我們使用NGS分析產(chǎn)品時(shí)，我們能夠確定大約80％的分子具有期望的10堿基序列，”Arlow說(shuō)。 “這意味著，平均每個(gè)步驟的產(chǎn)量約為98％，我們希望達(dá)到99.9％全長(zhǎng)DNA。一旦它們達(dá)到99.9％的保真度，他們可以一次性合成一個(gè)1000個(gè)堿基長(zhǎng)的分子，產(chǎn)率超過35％，這對(duì)于目前的化學(xué)合成技術(shù)是完全不可能的。“Palluk說(shuō)。
加州大學(xué)伯克利分校的研究生Dan Arlow說(shuō)：“如果你是一名機(jī)械工程師，在你的商店里有一臺(tái)3D打印機(jī)真的很棒，它可以在一夜之間打印出一部分，所以你可以在第二天早上進(jìn)行測(cè)試。如果你是研究人員或生物工程師，而且你有一種簡(jiǎn)化DNA合成的工具，那么'DNA打印機(jī)'，你可以更快地測(cè)試你的想法，并嘗試更多的新想法。”
隨著公司訂購(gòu)定制基因，合成DNA是一項(xiàng)日益增長(zhǎng)的業(yè)務(wù)，因此他們可以在微生物大桶中生產(chǎn)生物藥物，工業(yè)酶或有用的化學(xué)物質(zhì)。世界各地的實(shí)驗(yàn)室購(gòu)買合成基因插入植物或動(dòng)物或嘗試新的基于CRISPR的疾病治療。一些科學(xué)家甚至提出將信息存儲(chǔ)在DNA中，因?yàn)橐豢薉NA在理論上可以存儲(chǔ)相當(dāng)于5000萬(wàn)張DVD，而且可以穩(wěn)定數(shù)百年。然而，這意味著合成的DNA鏈比目前在生物技術(shù)行業(yè)使用的DNA鏈數(shù)量大得多。
然而，目前的DNA合成使用1981年開發(fā)的基于有機(jī)化學(xué)方法學(xué)的技術(shù)來(lái)生產(chǎn)長(zhǎng)約200個(gè)堿基的所謂寡核苷酸，因?yàn)殡S著長(zhǎng)度增加，該過程中不可避免的錯(cuò)誤導(dǎo)致正確序列的產(chǎn)量低。要裝配一個(gè)小基因，科學(xué)家們必須逐段合成它，大約200個(gè)堿基長(zhǎng)，然后將它們縫合在一起。這種技術(shù)非常耗時(shí)，非常昂貴，而且不完全精確。
聯(lián)合生物能源研究所的Sebastian Palluk和Daniel Arlow是勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的一員
新的“DNA 3D打印機(jī)”方法基于在免疫系統(tǒng)的細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)的DNA合成酶和TdT（脫氧核苷酸轉(zhuǎn)移酶末端），其天然能夠?qū)⒑塑账崽砑拥剿械默F(xiàn)有DNA分子，其中DNA是最穩(wěn)定。與其他酶不同，TdT不依賴于現(xiàn)有的DNA模板進(jìn)行復(fù)制。相反，它會(huì)將核苷酸隨機(jī)添加到制備用于免疫系統(tǒng)的抗體的基因中。Ard的同事Sebastian Palluk說(shuō)，TdT在加入所有四種DNA核苷酸方面效果同樣好，沒有副作用，可能會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生的分子結(jié)塊，而且速度非常快，每分鐘延伸DNA約200個(gè)堿基。事實(shí)上，伯克利的研究人員在他們的第一個(gè)試驗(yàn)中表明，他們更快，更簡(jiǎn)單的技術(shù)在當(dāng)前技術(shù)的每一步合成中幾乎都是精確的。
“當(dāng)我們使用NGS分析產(chǎn)品時(shí)，我們能夠確定大約80％的分子具有期望的10堿基序列，”Arlow說(shuō)。 “這意味著，平均每個(gè)步驟的產(chǎn)量約為98％，我們希望達(dá)到99.9％全長(zhǎng)DNA。一旦它們達(dá)到99.9％的保真度，他們可以一次性合成一個(gè)1000個(gè)堿基長(zhǎng)的分子，產(chǎn)率超過35％，這對(duì)于目前的化學(xué)合成技術(shù)是完全不可能的。“Palluk說(shuō)。
這種新方法旨在加速多領(lǐng)域的研究，使生物工程人員更容易更快找出如何生物制造有用產(chǎn)品。它可能是合成生物學(xué)發(fā)展的一個(gè)進(jìn)步，合成生物學(xué)是一個(gè)為實(shí)際目的而研究人造微生物的創(chuàng)造的分支。
中國(guó)3D打印網(wǎng)譯自：3ders.org
(責(zé)任編輯：admin)
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