合成生物學(xué)的構(gòu)建方法——基因組裝和分子克隆解決方案

來自：junmin 更新日期：2021/10/11 點(diǎn)擊量: 4192

合成生物學(xué)各個方向的研究日益活躍，對生物學(xué)領(lǐng)域研究的支撐作用日益突出，充分表現(xiàn)出合成生物學(xué)的強(qiáng)大創(chuàng)新力。

從DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)與遺傳中心法則的闡明開始，到大規(guī)模測序技術(shù)推動下越來越多基因組遺傳信息的解讀，人們對生物功能與基因和基因組關(guān)系的理解逐漸深刻。丹納赫生命科學(xué)擁有一系列的基因組裝和分子克隆解決方案，可對目的基因片段的生產(chǎn)、純化、定量和微生物克隆篩選等方面進(jìn)行全方位的優(yōu)化。

基因組裝&分子克隆流程

1、寡聚核苷酸合成

依據(jù)先驗(yàn)知識，合成基因片段。IDT gBlocks^®基因片段依托超過 30 年的業(yè)界領(lǐng)先制備經(jīng)驗(yàn)合成，是作為業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的高保真雙鏈基因片段，它們廣泛被用于基因組裝、抗體研究、CRISPR 基因組編輯以及qPCR 標(biāo)準(zhǔn)品等領(lǐng)域。gBlocks 基因片段可以配合許多需要以雙鏈 DNA 作為初始材料的克隆和拼接試劑盒，可將您所需的結(jié)構(gòu)序列輕松拼接到您常用的克隆系統(tǒng)中。與 gBlocks 基因片段兼容的克隆技術(shù)路線包括：傳統(tǒng)克隆、Gibson組裝克隆、Golden Gate克隆、TA 克隆、平末端克隆，以及所有其他已知克隆的技術(shù)路線。

2、基因片段和載體片段混合與連接
依據(jù)組裝原理不同，可將DNA元件組裝技術(shù)分為酶促體外組裝（基于DNA聚合酶、核酸內(nèi)切酶或核酸外切酶）、非酶促體外組裝和體內(nèi)組裝（基于DNA同源重組或位點(diǎn)特異性重組）。Echo 聲波液體處理技術(shù)可實(shí)現(xiàn)從 nL 到 μL 級的高精度、非接觸式移液，可以幫助客戶縮小基因組裝反應(yīng)體系，實(shí)現(xiàn)更快速高效的基因組裝實(shí)驗(yàn)。

3、轉(zhuǎn)化

組裝好的基因被運(yùn)輸（轉(zhuǎn)化）到感受態(tài)細(xì)胞內(nèi)，Biomek自動化整合系統(tǒng)整合PCR儀/電轉(zhuǎn)儀，震蕩培養(yǎng)箱和離心機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)高通量的熱激或電激轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)。

4、克隆點(diǎn)樣

5、克隆篩選

自動化的克隆挑取使科學(xué)家能夠?qū)Ｗ⒂诎l(fā)現(xiàn)，而不是執(zhí)行重復(fù)的任務(wù)。QPix 微生物克隆篩選系統(tǒng)使用精密的機(jī)器人技術(shù)，每小時可快速、準(zhǔn)確地采集 3,000 個克隆。

基因片段的生產(chǎn)、純化、定量

DNA的人工合成是合成生物學(xué)研究的底層推動技術(shù)。DNA化學(xué)合成法是當(dāng)前主流的商業(yè)化合成方法，在合成長度和合成通量上不斷取得突破，發(fā)展出柱式合成和芯片合成工藝，使寡核苷酸鏈合成通量可以達(dá)到百萬條級，合成成本降低約3個數(shù)量級。近年來，DNA酶促合成法日益受到關(guān)注，利用末端脫氧核苷酸轉(zhuǎn)移酶（TdT）在溫和的條件進(jìn)行寡核苷酸鏈的合成，有望推動DNA合成技術(shù)的再次升級。隨著DNA合成技術(shù)的快速發(fā)展，合成生物學(xué)在多個研究方向不斷取得突破。IDT使用專有的合成平臺生產(chǎn)的所有單鏈和雙鏈寡核苷酸均具有行業(yè)領(lǐng)先的耦合效率，每種寡核苷酸均經(jīng)過廣泛的質(zhì)量分析，包括 ESI 質(zhì)譜法評估，以確保序列組成，保證從高保真寡核苷酸中生成一致、可靠的數(shù)據(jù)。

圖 1. 獲得的全長產(chǎn)品的量取決于耦合效率

寡核苷酸在專有的合成平臺上合成，該平臺提供高于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的耦合效率。如圖所示，隨著寡核苷酸長度增加，耦合效率愈加重要。

微生物克隆篩選

伴隨設(shè)計(jì)構(gòu)建的人工基因線路的復(fù)雜度逐步提升，人工控制更加精細(xì)；組裝技術(shù)取得快速進(jìn)展的同時，人工基因組的設(shè)計(jì)深度也在不斷拓展，設(shè)計(jì)合成的人工基因組由支原體拓展向大腸桿菌，甚至真核生物釀酒酵母，推動了生物進(jìn)化演化的研究；細(xì)胞工廠的設(shè)計(jì)構(gòu)建在逐步挑戰(zhàn)代謝途徑更長、復(fù)雜程度更高的化合物的合成，模塊化和正交化策略對復(fù)雜細(xì)胞工廠構(gòu)建的支撐作用日益明顯，這就需要測試多個排列以獲得所需的結(jié)果。

圖2.克隆挑取效率 > 98%

A. 使用探測器自動檢測瓊脂厚度，高精度機(jī)械手臂準(zhǔn)確挑取單個克隆。B. 微生物特異性挑針確保挑取到足夠多的樣品。C. 經(jīng)過實(shí)際驗(yàn)證的挑針滅菌程序可以適用于各種微生物以及專業(yè)測序。D. 一個條碼閱讀器可以追蹤樣品板、微孔板和挑到的克隆。

圖 3. 自動化高通量合成生物學(xué)工作流程

（基因組裝、分子克?。?/em>