DNA測序技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了生物學(xué)的進(jìn)步，但合成生物學(xué)的研究和發(fā)展仍然面臨著一些關(guān)鍵的瓶頸。

DNA合成技術(shù)是限制因素之一，主要是DNA合成速度慢以及合成過程需要依賴大型儀器。市場上缺乏高質(zhì)量、低成本、按需合成DNA的解決方案。

在全球市場中，DNA合成儀生產(chǎn)商及服務(wù)商主要包括：Codex DNA、Nutcracker Therapeutics、Aldevron、Molecular Assemblies、GenScript Biotech、DNA Script等等。

近日，美國生物醫(yī)藥領(lǐng)域權(quán)威雜志Genetic Engineering&Biotechnology News （GEN）總結(jié)了DNA合成技術(shù)的困境和進(jìn)展，對文章進(jìn)行了不改變原意的刪減。

需求日益增大

DNA

資料顯示，合成生物學(xué)公司僅在2021年第一季度就獲得了46億美元投資。合成生物學(xué)在生物制造、化工醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域都離不開最基礎(chǔ)的DNA合成技術(shù)，而這些研究正在解決的是能源危機(jī)、食物緊缺、化境污染等關(guān)乎人類發(fā)展的重大問題。

可以說DNA合成是合成生物學(xué)的支柱。

以疫苗為例，盡管科學(xué)家?guī)缀踉贑OVID-19出現(xiàn)的第一時間研究出了mRNA疫苗序列，但合成通常需要交給第三方公司，這也導(dǎo)致科學(xué)家必須等待數(shù)天或數(shù)周才能獲得mRNA疫苗樣品，進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。

而在疫苗大批量生產(chǎn)階段，面對激增的訂單，DNA合成公司明顯出現(xiàn)了產(chǎn)能不足的問題。據(jù)外媒報(bào)道，全球僅有15%的人接種了疫苗。

此外，越來越多生物產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，使得DNA合成的需求也日益增加，這些需求正在倒逼DNA合成技術(shù)的發(fā)展，業(yè)界需要的是高質(zhì)量、低成本、能夠按需合成的DNA技術(shù)。

DNA合成技術(shù)比較

亞磷酰胺三酯合成法

傳統(tǒng)的DNA合成技術(shù)亞磷酰胺三酯合成法，是通過化學(xué)構(gòu)建一串堿基，以形成一條單鏈的片段，然后將這些片段連接在一起，形成雙鏈DNA。

這種方法一共分為四步，包括將DNA鏈延伸到與細(xì)胞中自然方向相反的方向。當(dāng)固相合成引入，該方法得到了改進(jìn)，固相合成將DNA鏈構(gòu)建在浸入試劑溶液中的固體載體上。

但這種方法能源效率低，并且依賴于危險(xiǎn)的試劑和溶劑。研究人員還必須花時間等待每個訂單的完成和發(fā)貨，這可能會推遲新產(chǎn)品的每次迭代。

即使快速測序等使研究進(jìn)展將加快，但是由于對合成DNA數(shù)日的等候，研究的速度依舊沒有得到改善，這使快速測序的價值被降低。

除了傳統(tǒng)的亞磷酰胺三酯合成法和現(xiàn)在使用的酶促合成技術(shù)，DNA合成技術(shù)還有基于芯片的噴墨法、光化學(xué)法和電化學(xué)法，以及超高通量合成技術(shù)，也即是半導(dǎo)體結(jié)合電化學(xué)法。

高效的臺式DNA打印機(jī)

DNA Script的臺式DNA打印機(jī)

像合成生物學(xué)的其他領(lǐng)域一樣，DNA合成技術(shù)也在不斷創(chuàng)新，從而滿足其日益增長的需求。

DNA Script和一些公司開發(fā)了一種酶促合成DNA的方法，就像生物體內(nèi)自然發(fā)生的一樣。這個過程不需要苛刻的化學(xué)物質(zhì)，也不會產(chǎn)生水以外的廢物。這意味著該過程占用的空間要小得多，而且?guī)缀蹩梢栽谌魏蔚胤酵瓿伞?/p>

利用這種技術(shù)，研究人員們開發(fā)了臺式DNA打印機(jī)。在臺式DNA打印機(jī)輸入需要合成的序列，第二天，就可以得到合成的DNA。

對于使用者來說，即使一次實(shí)驗(yàn)失敗，仍然可以繼續(xù)合成新的DNA，無需等待第三方公司合成的繁瑣流程，大大加快了研究進(jìn)展。

而更多的公司也在研發(fā)更便捷的流程，例如利用手機(jī)APP操作DNA合成等。DNA合成技術(shù)的革新，是推動合成生物學(xué)向前發(fā)展的力量。

蓬勃發(fā)展的合成生物學(xué)，可能會使人們在迫在眉睫的疫情、災(zāi)難、氣候危機(jī)中得以生存。（摘自美《深科技》）（編輯/費(fèi)勒萌）