中國網/中國發展門戶網訊 隨著測序技術的發展及測序成本的降低，越來越多物種的基因組被測序，人類對生物基因組的測序“讀取”取得了空前的突破。而隨著?DNA?合成技術及基因編輯技術的發展，人類“編寫”生物基因組也逐漸成為現實。基因組的編輯，甚至全基因組的重設計與合成，一方面可以作為研究手段探索基因的功能，促進功能基因組學的發展；另一方面則可以獲得新的生命體用于疾病治療、藥物生產等，服務人類。全基因組的從頭合成作為當前合成生物學研究的熱點之一，其涉及基因組的從頭設計、構建和功能表征等，屬于自下而上的生物學研究策略。新生命體系的從頭設計與合成不僅需要合成組成基因組的小片段?DNA?片段，還需要通過后續的組裝與拼接獲取完整的合成基因組，隨后還涉及合成基因組往宿主細胞的轉移及功能分析。DNA?合成及基因組拼裝、轉移技術是合成基因組學乃至整個合成生物學領域的核心技術體系，其突破將極大地推動合成生物學的發展。

DNA合成技術

DNA?合成技術是合成基因組學，乃至現代分子生物學的根基。PCR（聚合酶鏈式反應）或者酶切手段只局限于獲得自然界已有的?DNA?片段，而?DNA?的從頭合成則可以通過?Oligo（寡鏈核苷酸）的拼接獲得人工設計的特定?DNA?片段。如何提高?Oligo?合成的長度和效率、降低合成成本是后續進行大規?；蚪M合成的關鍵突破點。根據合成原理，目前?Oligo?的合成方法可分為已經成熟并商業化的化學法和正在研發中的酶促合成法。

化學法

Oligo?的化學合成研究始于?20?世紀?50?年代，Michelson?和?Todd首次報道采用磷酸二酯法實現了寡聚二核苷酸的合成。到?20?世紀?80?年代，Beaucage?和?Caruthers開發了基于亞磷酰胺的?DNA?合成法，也是今天?Oligo?自動化生產所采用的主要方法。該方法包括去保護、偶聯、加帽（可選）及氧化?4?個步驟（圖?1）。由于隨著鏈延長所帶來的化學反應效率、合成純度以及產率的下降，目前該方法合成的?Oligo?長度一般不超過?200?個核苷酸（nt）。為了提高通量，從?20?世紀?90?年代開始發展起來的基于微陣列芯片的?DNA?合成策略，使得合成成本降低了若干個數量級。然而由于芯片特有的不均一性及邊緣效應等原因，相較于柱法合成，芯片法合成在長度、準確性方面均有所下降。為了增加芯片合成的精確度，2010?年?Kosuri?等和?Matzas?等分別采用不同的技術策略，從各異的芯片產物中挑選出正確合成的寡核苷酸原料。Kosuri?采用了多重?PCR?策略，選擇性擴增目的寡核苷酸片段，結合酶促糾錯等方法，可以合成長度超過?200?nt?的寡核苷酸原料，實現了更大規模和更高精度的合成；Matzas?等則是借助?454?測序儀，先通過測序挑選出序列正確的寡核苷酸產物，然后對這些產物進行大量擴增，從而使得樣品的錯誤率降低到基本可以忽略。

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