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科学家开发了一种低成本的方法来构建基因序列

发布时间:2019-11-06

加州大学洛杉矶分校的科学家使用DropSynth制造了数千种具有不同版本的磷酸泛酰巯基乙胺腺苷酰转移酶或PPAT的细菌基因。图片来源:Sriram Kosuri /加州大学洛杉矶分校

由加州大学洛杉矶分校的研究人员首创的一项新技术可以使任何典型生物化学实验室的科学家仅用2美元就能制造出他们自己的基因序列。研究人员现在通常从商业供应商那里购买基因序列,每个基因的价格在50到100美元之间。

这种名为DropSynth的方法,在1月份的《科学》杂志上有描述,它使一次产生数千个基因成为可能。科学家利用基因序列筛选基因在疾病和重要生物学过程中的作用。

“我们的方法为任何想要构建自己DNA序列的实验室提供了动力,”加州大学洛杉矶分校化学和生物化学助理教授、该研究的资深作者斯里拉姆·科苏里说。“这是第一次,没有一百万美元,一个普通的实验室可以从零开始制造10,000个基因。”

越来越多的科学家正在研究从抗生素耐药性到癌症等一系列医学课题,他们正在进行“高通量”实验,这意味着他们同时筛选了成百上千组细胞。分析大量的细胞,每个细胞的DNA都有细微的差异,分析它们的行为能力或药物治疗后的生存能力,可以揭示这些能力中特定基因或基因片段的重要性。

这样的实验不仅需要大量的基因,而且需要对这些基因进行测序。在过去的10年里,测序技术的进步使研究人员能够同时测定许多DNA链的序列。因此,尽管基因的产生过程相对缓慢且昂贵,测序的成本却大幅下降。

加州大学洛杉矶分校博士后研究员、该论文的第一作者之一Calin Plesa说:“开发新的基因合成技术的需求正在持续。”“你能合成的DNA越多,你能验证的假设就越多。”

他说,目前的基因合成方法要么将一个基因的长度限制在200个碱基对以内,要么就是对大多数实验室来说过于昂贵。

新方法包括从悬浮在油中的微小水滴中分离出数千个基因的小片段。DNA的每个部分都被分配了一个分子“条形码”,用来识别它所属的较长的基因。

然后,这些最初只出现在非常少量的片段被复制很多次以增加它们的数量。最后,小珠子被用来将DNA片段的混合物分类成正确的组合,从而形成更长的基因,这些片段被组合在一起。结果得到了数千个所需基因的混合物,可以用于实验。

为了证明这项技术是有效的,科学家们使用DropSynth制造了数千个细菌基因——每个基因长达669个碱基对。每个基因都编码了一种不同细菌的代谢蛋白磷酸腺苷转移酶,这种蛋白是细菌生存所必需的。因为PPAT对于引起从鼻窦感染到肺炎和食物中毒等各种疾病的细菌都是至关重要的,它正被研究作为潜在的抗生素靶点。

研究人员将数千种PPAT基因与DropSynth基因混合,然后将每种基因加入到缺乏PPAT基因的大肠杆菌中,并测试哪些基因可以让大肠杆菌存活下来。存活下来的细胞可以被用来以极低的成本快速筛选潜在的抗生素。

DropSynth也可能在设计新蛋白质方面有用。目前,科学家可以使用计算机程序来设计满足特定参数的蛋白质,比如结合特定分子的能力,但DropSynth可以为研究人员提供数百甚至数千种选择,从中选择最适合他们需要的蛋白质。

该团队仍在致力于降低DropSynth的错误率。与此同时,科学家们在他们的网站上公开了这些说明。复制这种方法所需的所有化学物质都可以在市场上买到。#清风计划# #健康真探社#