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DNA合成市场需求巨大,亟需技术革新

张洁丽 生辉SynBio 2022-04-27


DNA 测序技术的发展促进了生物学的进步,但合成生物学的研究和发展仍然面临着一些关键的瓶颈。


DNA 合成技术是限制因素之一,主要是 DNA 合成速度慢以及合成过程需要依赖大型仪器。市场上缺乏高质量、低成本、按需合成 DNA 的解决方案。


在全球市场中,DNA 合成仪生产商及服务商主要包括:Codex DNA、Nutcracker Therapeutics、Aldevron、Molecular Assemblies、GenScript Biotech、DNA Script 等等。


近日,美国生物医药领域权威杂志 Genetic Engineering & Biotechnology NewsGEN)总结了 DNA 合成技术的困境和进展,生辉 SynBio 对文章进行了不改变原意的删减。

需求日益增大


资料显示,合成生物学公司仅在 2021 年第一季度就获得了 46 亿美元投资。合成生物学在生物制造、化工医药、农业生产等领域都离不开最基础的 DNA 合成技术,而这些研究正在解决的是能源危机、食物紧缺、化境污染等关乎人类发展的重大问题。

可以说 DNA 合成是合成生物学的支柱。

图 | DNA(来源:金斯瑞)

以疫苗为例,尽管科学家几乎在 COVID-19 出现的第一时间研究出了 mRNA 疫苗序列,但合成通常需要交给第三方公司,这也导致科学家必须等待数天或数周才能获得 mRNA 疫苗样品,进行后续试验。

而在疫苗大批量生产阶段,面对激增的订单,DNA 合成公司明显出现了产能不足的问题。据外媒报道,截至 9 月 1 日,全球仅有 15% 的人接种了疫苗。

此外,越来越多生物产业的发展,使得 DNA 合成的需求也日益增加,这些需求正在倒逼 DNA 合成技术的发展,业界需要的是高质量、低成本能够按需合成的 DNA 技术。

DNA 合成技术比较


传统的 DNA 合成技术亚磷酰胺三酯合成法,是通过化学构建一串碱基,以形成一条单链的片段,然后将这些片段连接在一起,形成双链 DNA。

这种方法一共分为四步,包括将 DNA 链延伸到与细胞中自然方向相反的方向。当固相合成引入,该方法得到了改进,固相合成将 DNA 链构建在浸入试剂溶液中的固体载体上。

图 | 亚磷酰胺三酯合成法(来源:金斯瑞)

但这种方法能源效率低,并且依赖于危险的试剂和溶剂。研究人员还必须花时间等待每个订单的完成和发货,这可能会推迟新产品的每次迭代。

即使快速测序等使研究进展将加快,但是由于对合成 DNA 数日的等候,研究的速度依旧没有得到改善,这使快速测序的价值被降低。

除了传统的亚磷酰胺三酯合成法和现在使用的酶促合成技术,DNA 合成技术还有基于芯片的喷墨法、光化学法和电化学法,以及超高通量合成技术,也即是半导体结合电化学法。

图丨 DNA 合成技术(来源:生辉)

高效的台式 DNA 打印机


像合成生物学的其他领域一样,DNA 合成技术也在不断创新,从而满足其日益增长的需求。

DNA Script 和一些公司开发了一种酶促合成 DNA 的方法,就像生物体内自然发生的一样。这个过程不需要苛刻的化学物质,也不会产生水以外的废物。这意味着该过程占用的空间要小得多,而且几乎可以在任何地方完成。

利用这种技术,研究人员们开发了台式 DNA 打印机。在台式 DNA 打印机输入需要合成的序列,第二天,就可以得到合成的 DNA。

对于使用者来说,即使一次实验失败,仍然可以继续合成新的 DNA,无需等待第三方公司合成的繁琐流程,大大加快了研究进展。

图 | DNA Script 的台式 DNA 打印机(来源:DNA Script)

而更多的公司也在研发更便捷的流程,例如利用手机 APP 操作 DNA 合成等。DNA 合成技术的革新,是推动合成生物学向前发展的力量。

蓬勃发展的合成生物学,可能会使人们在迫在眉睫的疫情、灾难、气候危机中得以生存。

参考资料:
https://www.genengnews.com/commentary/point-of-view/clearing-the-way-for-a-synthetic-biology-tipping-point/

-End-

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