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通过这种复制大规模合成DNA是合成生物学的基石

DNA仅通过复制(天然或合成)持续存在。尽管人类需要繁殖遗传物质以替换陈旧或受损的细胞,但在实验室环境中复制DNA的能力可以为研究人员提供疾病机理或开发治疗平台的见识。

而且,通过这种复制大规模合成 DNA是合成生物学的基石。然而,就像我们写或类型的文章,这个DNA“写作”的方式处理是错误容易,这已成为大规模DNA合成一个严重的问题。

现在,中国科学院(CAS)的一组研究人员已经开发出一种比传统方法更有效,成本更低的方法来精确合成DNA。他们于2020年3月5日在ACS合成生物学中发表了他们的研究结果。

中国科学院青岛生物能源与生物工艺技术研究所单细胞研究中心论文第一作者,研究员张佳说:“在合成生物学中,基因,基因网络甚至整个基因组被合成以创造新功能。” 。

合成过程涉及将DNA组装在液体中或微芯片上,以专门配对特定的基因片段。根据Zhang所说,问题在于片段经常不匹配并产生重大错误。当前减少这些错误的方法涉及一种称为MutS 的蛋白质,该蛋白质被错配的基因片段所吸引。该蛋白质可作为错误标记,使科学家能够识别并消除错误。

但是,该过程既昂贵又费时。一个主要的原因是,eMutS的关键纠错酶是一种源自大肠杆菌的蛋白质,能够以很高的准确度结合错误,并且易碎且使用寿命不长。

“为了解决这一挑战,我们开发了一种简单,有效且具有成本效益的纠错系统,该系统可轻松应用于基因合成工作流程,”张说。

CAS团队首先使用化学稳定剂处理eMutS,该稳定剂采用一种称为二硫键的分子胶形式。凭借强大的化学结构,引入的键以及酶生产和储存的改善,将蛋白质的寿命从7天延长至63天。为消除错误的过程准备蛋白质可能要花费大量时间,因此酶耐久性的显着提高意味着研究人员可以从每周一次制备蛋白质到每两个月一次制备蛋白质。在工业规模的DNA合成工作流程中,这意味着显着减少了操作,劳动力和时间成本。

此外,根据新的耐用性eMutS蛋白,86.4%的合成DNA片段完全没有错误-与目前市场上出售的商业酶系统相比,准确性提高了近7倍。

研究的高级作者兼主任徐坚说:“该系统的高保真度,简单的操作和低成本的错误校正解决了DNA合成的关键挑战之一,并且可能对合成生物学的广泛应用(包括工业应用)产生影响。” CASQIBEBT的单细胞中心。

该小组计划继续改善蛋白质的保质期,同时进一步提高DNA合成中错误消除的准确性。

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