關(guān)鍵詞：技術(shù)，科學(xué)家，基因

由于采用了一種模仿身體復(fù)制自身DNA的新技術(shù)，因此很快就可能在一天內(nèi)創(chuàng)建一個(gè)新基因。盡管該技術(shù)需要消除一些障礙，但有一天它可以讓研究人員快速重寫微生物基因，使他們能夠即時(shí)合成新的藥物和燃料。

“這是未來，”哈佛大學(xué)的遺傳學(xué)家喬治·丘奇說道，他開創(chuàng)了許多技術(shù)，用于讀取和編寫合成生物學(xué)的DNA。 “這將是巨大的。”

自20世紀(jì)70年代以來，研究人員已經(jīng)能夠制造DNA。傳統(tǒng)方法采用DNA核苷酸 - 化學(xué)字母A，G，C和T-并將它們逐個(gè)添加到稱為寡核苷酸或寡核苷酸的生長鏈中。但是這個(gè)使用一系列有毒有機(jī)試劑的過程通常很慢且容易出錯(cuò)，將寡核苷酸限制在大約200個(gè)字母 - 這是構(gòu)成大多數(shù)基因的數(shù)千個(gè)字母的一小部分。

我們的細(xì)胞使DNA不同。稱為聚合酶的多種酶讀取單鏈DNA，然后合成與其結(jié)合的互補(bǔ)鏈。這促使重新設(shè)計(jì)聚合酶的夢(mèng)想成為新的DNA。

幾十年來，大多數(shù)研究人員已經(jīng)確定了一種稱為末端脫氧核苷酸轉(zhuǎn)移酶（TdT）的特定聚合酶，因?yàn)榕c其他聚合酶不同，它可以將新核苷酸連接到寡核苷酸鏈而不遵循DNA模板鏈。 Natural TdT這樣做可以為抗體編寫數(shù)以百萬計(jì)的新基因變體，免疫系統(tǒng)可以從中選擇目標(biāo)入侵者。但是，天然酶會(huì)隨機(jī)添加新的DNA字母，而不是像研究人員想要的那樣控制字母的精確序列。

科學(xué)家們多年來一直嘗試使TdT一次添加一個(gè)核苷酸并停止，然后用不同的核苷酸重復(fù)該過程，Sebastian Palluk博士說。在加利福尼亞州勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室的化學(xué)家Jay Keasling實(shí)驗(yàn)室工作的學(xué)生。他們首先在DNA的四個(gè)堿基中添加化學(xué)基團(tuán)，作為“停止”信號(hào)。因此，當(dāng)TdT將修改后的A添加到任何長度的寡核苷酸時(shí)，將阻止添加下一個(gè)堿基。然后將oglio撈出，洗滌，并用另一種化合物處理以切斷阻斷組，準(zhǔn)備下一次延伸。

但是TdT對(duì)這些修飾的核苷酸不起作用。 “TdT非常挑剔，”帕盧克說。一個(gè)這樣的系統(tǒng)，例如添加每個(gè)修改的基礎(chǔ)，太慢而不實(shí)用。

帕盧克說，他也試圖讓這種方法奏效。 “我沿著這條路走了2年，”他說。但他得與博士學(xué)位的Daniel Arlow談話。 Keasling實(shí)驗(yàn)室的學(xué)生也試圖用酶來合成DNA。最終，他們采取了一種新穎的方法。它們從四個(gè)獨(dú)立堿基的四個(gè)獨(dú)立池開始，每個(gè)堿基具有與A，G，C或T連接的TdT拷貝。為了生長它們的寡核苷酸，它們從其中一個(gè)池中添加堿基。在TdT將堿基添加到寡核苷酸的末端后，它仍然被束縛，阻止酶的任何額外拷貝與寡核苷酸反應(yīng)并進(jìn)一步延伸。然后將現(xiàn)在的寡核苷酸撈出，并將系繩剪掉。游離的TdT被沖走，寡核苷酸已準(zhǔn)備好添加下一個(gè)堿基。

最終，這種方法應(yīng)該很便宜，Keasling說，因?yàn)門dT很容易在細(xì)菌和酵母中制造。它也很快。 Palluk，Arlow，Keasling及其同事今天在Nature Biotechnology上報(bào)告說，大多數(shù)新核苷酸在10到20秒內(nèi)與生長的寡核苷酸結(jié)合。目前，系繩剪斷步驟仍需要一分鐘。 Church說，新的方法還沒有準(zhǔn)備好取消傳統(tǒng)的DNA合成。到目前為止，該組織已將寡核苷酸僅長10個(gè)堿基。并且仍然存在一些寫作問題，因?yàn)樵摲椒ㄔ谝运桧樞蚓帉慏NA時(shí)僅98％準(zhǔn)確，低于傳統(tǒng)方法的99％準(zhǔn)確度。 “這對(duì)于第一次演示很酷，”帕盧克說。 “但現(xiàn)在還沒有。”

為了編寫長達(dá)1000個(gè)堿基的寡核苷酸，該方法可能需要99.9％的準(zhǔn)確度。如果它到達(dá)那里，教會(huì)說它不僅可以幫助改變合成生物學(xué)編寫和測(cè)試新基因的努力，以創(chuàng)建一個(gè)緊湊的檔案，來自天文學(xué)調(diào)查等巨大科學(xué)項(xiàng)目的信息，這些項(xiàng)目可以被捕獲并讀出后來。

閱讀：  2018-07-26 10:38:16