Science：開發出一種基因合成新方法-DropSynth

在一項新的研究中，來自美國加州大學洛杉磯分校的研究人員發現一種利用一組由微陣列產生的寡核苷酸合成多個基因的方法。相關研究結果於2018年1月4日在線發表在Science期刊上，論文標題為「Multiplexed gene synthesis in emulsions for exploring protein functional landscapes」。在這篇論文中，他們描述他們的被稱作DropSynth的方法，它的工作原理及其缺點。

圖片來自CC0 Public Domain。

合成基因已經變得如此流行以至於如今有公司為了生存而開展基因合成業務，但它的費用仍然昂貴---當前的方法需要在每次產生小段DNA鏈之後將它們連接在一起。在這項新的研究中，這些研究人員開發出一鍋合成法（one-pot approach）來合成基因，這可能會降低基因合成的成本。

當前，基因合成是通過使用產生DNA寡核苷酸的微陣列而開展的，隨後必須將它們連接在一起。在這項新的研究中，這些研究人員在開始時也使用微陣列，不過他們給這些由微陣列產生的DNA寡核苷酸添加一段他們稱之為「條形碼（barcode）」的識別序列。接著，他們加入攜帶著互補性條形碼的微珠，這些微珠能夠從一組含有不同類型的DNA寡核苷酸中捕獲與互補性條形碼相匹配的DNA寡核苷酸。結果就是獲得一堆微珠，每個微珠含有一小群匹配的相同類型的DNA寡核苷酸。他們隨後利用旋渦混合器處理30秒，將這些DNA寡核苷酸和油混合在一起，從而將每個微珠（和它含有的一小群DNA寡核苷酸）包裹在乳滴（mulsion droplet）中。在此之後，酶誘導單個乳滴中的所有DNA寡核苷酸通過一種被稱作聚合酶循環組裝（polymerase cycling assembly）的過程連接在一起，從而合成出所需的基因序列。這些基因序列隨後從乳液中提取出以備使用。

這些研究人員指出這個基因合成方法要優於常規的方法，這是因為它產生一個基因庫（gene pool）的成本與產生一個寡核苷酸庫（oligonucleotide pool）的成本基本相同，即便有所增加，也不會增加很多。不幸的是，它有一個很大的缺點。他們指出，這種方法是「雜亂的」，這是因為它僅有大約5%的效率---幾乎不足以用於製造過程。一個更加積極的方面是這種方法可能被用來以更低的成本構建用於各種用途的大型基因文庫。它也可能用於研究工作，特別是那些涉及蛋白設計的研究工作。

參考資料：

Calin Plesa, Angus M. Sidore, Nathan B. Lubock et al. Multiplexed gene synthesis in emulsions for exploring protein functional landscapes. Science, Published online: 04 Jan 2018, doi:10.1126/science.aao5167

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