基因合成是指在体外用人工方法标准化合成双链DNA分子,是分子生物学研究中一项基本的技术手段。相比传统的分子克隆技术,人工基因合成依赖化学方法,无需模板从头合成的引物合成DNA序列,这段序列既可以是天然的,也可以是被编辑过的DNA序列。DNA合成技术的出现,可以高效率、低成本的合成DNA序列,颠覆了生物学的研究方式。随着基因合成能力的提升,人们不再满足于合成单个的基因,而希望能够对复杂的生命体系进行合成与构建,研究的方向也从“局部”向“整体”发展。从基因环路、代谢通路到合成小基因组乃至人造生命体构建,基因合成的需求无处不在,合成序列的长度与难度也在不断的提高。例如:Gibson 等[1]在 2010 年利用人工合成的方法实现 DNA 片段之间的无痕连接,合成了长达 1.08 Mb 的蕈状支原体 (Mycoplasma mycoides) 基 因 组;Itaya 等[2]将 3.5 Mb 的Synechocystis PCC6803 基因组通过迭代替换的方法克隆到了 Bacillus subtilis 的基因组中,变成一个 7.7 Mb 的融合基因组。
近年来,基于半导体芯片制造工艺DNA合成技术的出现,不仅使DNA合成成本大幅下降,同时也提高了基因合成的通量,这意味着基因合成将会应用到越来越多的领域中,如生物医药、分子诊断、酶工程与工业酶、生物能源、食品及现代农业、环境保护与监测、DNA存储开发等。随着病毒、原核生物的全基因组相继被化学合成并支持生命的存活,人类基因组编写计划(HGP-write)也提上日程,在此计划中,科学家试图通过改变基因组编码而解决人类某些健康问题,为疾病治疗提供新的治疗方案,发展新型有效的药物等。
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