說好的相濡以沫呢？——DNA亦是相望於江湖

最新 07-06

說好的相濡以沫——DNA亦是相忘於江湖

合以生，2017年7月

追逐生命奧妙的時尚寵兒們，合以生最近迷上了一個很火的「驚天大揭秘」：美國California大學和Memorial Sloan-Kettering Cancer Center的研究團隊，首次完成了人類對單個DNA分子複製畫面的觀察和攝錄，並在《Cell》發文介紹此次驚人發現：DNA複製的自主性和隨機性遠超人們的想像。

「合以生還記得高中課本上關於生物體內DNA複製的基礎知識：DNA雙螺旋的兩條鏈方向相反，聚合酶在這兩條單鏈上的工作方式有所差異。在前導鏈（leading strand）上，聚合酶持續移動，連續合成新的雙鏈DNA。而在滯後鏈（lagging strand）上，聚合酶間斷式作用，先形成岡琦片段[1]（Okazaki fragment），再由複製複合體[2]（replisome）中連接酶拼接生成完整雙鏈。」

前導鏈和滯後鏈上的DNA聚合酶在某種程度上相互配合協調，保持複製速度基本一致，不會出現一條單鏈上的聚合酶搶先於另外一個。

然而，最新研究的拍攝結果顯示，在DNA複製時，前導鏈和滯後鏈高度獨立複製。各鏈複製的啟動、終止和速度變化極富隨機性，無法預測。但在一定的時間長度內，各鏈均以一個平均速度進行複製。對多條鏈的複製情況觀察表明，它們的平均速度竟然相同！什麼？前導鏈和滯後鏈上的聚合酶竟然不是相濡以沫、彼此協調！！我不知道你什麼時候停住腳步，也不知道你何時開啟征程，我隨著自己的心意走走停停，赤裸裸地相忘於與江湖。到最後，我們竟然都完美的與母鏈匹配，各自任性而又獨立地完成生命的複製，這是冥冥之中「命運」的安排嗎？

傳統看法認為，大多數生物內的DNA複製都是從固定的起始點以雙向等速方式進行。複製叉從DNA分子上某一特定順序起始，各單鏈以不同方向等速生長前進。然而，新的隨機觀點的產生，顛覆了人們對DNA體內生物合成（複製）的認知，更加精確地補充了DNA的生物合成過程——單分子水平獨立自主、不可預測，但整體依然保持著遺傳信息的穩定傳遞，周而復始。合以生好奇新研究中DNA複製的隨機停止和變速啟動到底由什麼指引？岡琦片段形成的起始、長度等因素，與新發現如何關聯？複製複合體中各酶之間的工作協調、作用效率由誰支配？前導鏈和滯後鏈上聚合酶的高度自主活動是否也是「量子糾纏」[3]式作用，彼此之間其實有著鬼魅似的遠距聯繫……實踐出真知，DNA生物合成（複製）的認知已被改寫，這必將為DNA的體外合成帶來深刻的啟發。

人工基因合成是指在體外人工合成雙鏈DNA分子的技術，不需要母鏈作為模板。DNA聚合酶的唯一使命，就是在PCR過程中高效地完成單個核苷酸之間磷酸二酯鍵的生成，其工作效率不受生物有機體控制或影響。因此，人工基因合成的可操控性強，從設計到製造——簡單粗暴。單分子的隨機性、獨立性，也許正是人工合成效率的基礎。如今，人工基因合成已經步入了高通量合成與批組裝的新階段。泓迅科技Syno3.0平台的基因合成組裝專利技術，就已經具備成功實現多物種基因組合成的能力，可以組裝長度超過100k bp的序列片段。

此次科學家們的驚人發現，將開闢人類思考DNA生物合成規律甚至其它生物學過程的新途徑。合以生很好奇，隨著對體內DNA複製機制的深入了解，體內看似「任性」的複製複合體，如何為提高體外人工基因合成效率提供啟發及可能？如果進一步明晰體內DNA複製機制的策略，我們將有望繼續提升合成效率。在現有高通量基因合成的基礎之上，我們便可藉此實現合成加速，更加高效精準地完成基因組、染色體組、合成型組體外合成??????

科學的美妙在於隨著研究的深入和經驗的累積，不斷的有新的事實被證明、舊的理論被完善。在這個輪迴中，人們對生命體內DNA複製機制的理解將更加深入。當然，合以生也相信這些新的事實同樣能為人工基因合成技術帶來更多的啟迪，讓現有的人工基因合成技術繼續快速升級。

Synbio Technologies

泓迅科技致力於成為世界領先的DNA技術公司，始終專註於DNA合成技術的不斷創新和探索。我們早已不滿足於合成一個個毫無關聯的DNA片段，期待能夠將這些遺落的拼圖重新拾起，演繹它本真的樣子。這些基因片段可能會被拼接得更長，可能會連成一個環路變得更加複雜，更可能被組裝為一個基因組變得更加完整??????無論是哪一種，都將幫助我們更多的理解自然生命系統中隱藏的奧秘。

References:

[1]岡琦片段：Okazakifragment，相對較短的DNA鏈，是在滯後鏈不連續合成期間生成的片段。

[2]複製複合體：replisome，一種多蛋白複合體，包括解旋酶、DNA聚合酶、連接酶、單鏈結合蛋白和其它輔助因子。

[3]量子糾纏：粒子在由兩個或兩個以上粒子組成系統中相互影響的現象，粒子在空間上可能分開。