“DNA 3D打印机”让科学家找到可按需创建DNA序列的新方法

加利福尼亚大学伯克利分校（加州大学伯克利分校）的科学家们发明了一种按需创建DNA序列的新方法。它不需要使用有毒化学物质，并且比迄今世界各地实验室使用的常规DNA合成技术更准确。新方法可以在夜间合成基因 - 它可以产生比人工制造的DNA链长十倍的DNA链。科学家们表示，它可能导致研究实验室的“DNA 3D打印机”，其工作方式与许多现代化研讨会中的3D打印机一样。

加州大学伯克利分校的研究生Dan Arlow说：“如果你是一名机械工程师，在你的商店里有一台3D打印机真的很棒，它可以在一夜之间打印出一部分，所以你可以在第二天早上进行测试。如果你是研究人员或生物工程师，而且你有一种简化DNA合成的工具，那么'DNA打印机'，你可以更快地测试你的想法，并尝试更多的新想法。”

随着公司订购定制基因，合成DNA是一项日益增长的业务，因此他们可以在微生物大桶中生产生物药物，工业酶或有用的化学物质。世界各地的实验室购买合成基因插入植物或动物或尝试新的基于CRISPR的疾病治疗。一些科学家甚至提出将信息存储在DNA中，因为一克DNA在理论上可以存储相当于5000万张DVD，而且可以稳定数百年。然而，这意味着合成的DNA链比目前在生物技术行业使用的DNA链数量大得多。

然而，目前的DNA合成使用1981年开发的基于有机化学方法学的技术来生产长约200个碱基的所谓寡核苷酸，因为随着长度增加，该过程中不可避免的错误导致正确序列的产量低。要装配一个小基因，科学家们必须逐段合成它，大约200个碱基长，然后将它们缝合在一起。这种技术非常耗时，非常昂贵，而且不完全精确。

联合生物能源研究所的Sebastian Palluk和Daniel Arlow是劳伦斯伯克利国家实验室的一员

新的“DNA 3D打印机”方法基于在免疫系统的细胞中发现的DNA合成酶和TdT（脱氧核苷酸转移酶末端），其天然能够将核苷酸添加到水中的现有DNA分子，其中DNA是最稳定。与其他酶不同，TdT不依赖于现有的DNA模板进行复制。相反，它会将核苷酸随机添加到制备用于免疫系统的抗体的基因中。

Ard的同事Sebastian Palluk说，TdT在加入所有四种DNA核苷酸方面效果同样好，没有副作用，可能会导致产生的分子结块，而且速度非常快，每分钟延伸DNA约200个碱基。事实上，伯克利的研究人员在他们的第一个试验中表明，他们更快，更简单的技术在当前技术的每一步合成中几乎都是精确的。

“当我们使用NGS分析产品时，我们能够确定大约80％的分子具有期望的10碱基序列，”Arlow说。 “这意味着，平均每个步骤的产量约为98％，我们希望达到99.9％全长DNA。一旦它们达到99.9％的保真度，他们可以一次性合成一个1000个碱基长的分子，产率超过35％，这对于目前的化学合成技术是完全不可能的。“Palluk说。

这种新方法旨在加速多领域的研究，使生物工程人员更容易更快找出如何生物制造有用产品。它可能是合成生物学发展的一个进步，合成生物学是一个为实际目的而研究人造微生物的创造的分支。