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新技术一天组建一个新基因

2018-06-20 10:03 来源:科技日报

  编写DNA的酶有望革新合成生物学和数据存储领域。

图片来源:《科学》杂志官网

  据美国《科学》网站18日报道,美国科学家借助模拟人体复制自身DNA方式的新技术,让组建新基因变得更快更便宜。研究人员称,一天组建一个新基因很快将成为现实,未来有望快速重写微生物的基因,迅速合成新药和燃料,也能在存储领域“大展拳脚”。

  传统DNA制造方法是:拿出DNA核苷酸——碱基A、G、C和T,逐一将它们添加到名为“寡核苷酸”的生长链中,但这一过程缓慢且容易出错;此外,寡核苷酸的长度也囿于200个碱基左右,而大多数基因需要数千个碱基。人体细胞制造DNA则另辟蹊径:各种聚合酶读取DNA单链,然后与依附其上的互补链合成。人们希望借此重新设计聚合酶来编写新DNA。

  研究人员已确定了一种特定的聚合酶——“末端脱氧核苷酸转移酶”(TdT),它可将新核苷酸附加到寡核苷酸链而不遵循DNA模板链,但天然酶会随机添加新DNA碱基,无法精确控制添加碱基的顺序。

  为解决这一问题,劳伦斯伯克利国家实验室的塞巴斯蒂安·帕鲁克博士团队,从4个分开的碱基池开始,每个池中的一种碱基都有TdT拷贝与其连接。首先,他们从一个池中取出一个碱基添上,在TdT将碱基添加到寡核苷酸末端后,它仍保持连接状态。然后,他们将寡核苷酸捞出,切断连接,自由的TdT被冲走,寡核甘酸准备添加下一个碱基。

  研究人员表示,新方法应该比较便宜——在细菌和酵母中很容易生产TdT,而且高效。

  但哈佛大学遗传学家乔治·邱奇表示,新方法并不能完全废除传统的DNA合成方法。迄今为止,该团队仅造出10个碱基长的寡核苷酸;此外,新方法按照预先设想的顺序编写DNA的精度仅98%(传统方法为99%),要编写1000个碱基的寡核苷酸,新方法的精度可能需达到99.9%。如果新技术达到所需的精确度,不仅可帮助合成生物学家革新编写和测试新基因的方法,还可以将海量数据写入DNA中。

  总编辑圈点

  DNA之于生物工程,好比钢铁之于基础建设。如果能更廉价地制造新DNA,意义堪比工业革命时发明了高产的炼钢高炉。而且信息能够编码为DNA内不同碱基的排列,使DNA成为数据储存的好载体。难怪大家都瞩目DNA操作工艺的创新。

(责任编辑:王蔚)

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