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 News（GEN）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-
点击关注生辉SynBio，专注于合成生物学科研及产业化的全链条内容和数据品牌↓↓↓
——  你可能错过的  ——
生物燃料领域受挫之后，藻类生物技术更换赛道「卷土重来」
农作物自行吸氮，可减少一半肥料投入？Ginkgo联手拜耳欲「改造」种子抛弃氮肥
淡马锡领投「生物保鲜膜」初创公司，可延长瓜果保质期两到三倍，估值20亿美元
继续阅读
阅读原文