合成生物學(xué)結(jié)合了分子生物學(xué)、系統(tǒng)生物學(xué)和生物工程以全新的方式重新設(shè)計(jì)生物系統(tǒng)，讓研究人員能夠任意研究、改變、復(fù)制、甚至改造出復(fù)雜的生物路徑、DNA基因序列與生物系統(tǒng)，進(jìn)而為醫(yī)學(xué)、制造業(yè)及農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域提供高效的解決方案。合成生物學(xué)一直是創(chuàng)新的引擎，不斷推動(dòng)我們對(duì)生物系統(tǒng)的重新構(gòu)想。
泓迅科技自成立以來，一直致力于成為合成生物學(xué)領(lǐng)域的領(lǐng)軍公司。我們依托完備的基因制造平臺(tái)和生物設(shè)計(jì)平臺(tái)，閉環(huán)滿足DBTL技術(shù)需求，為合成生物學(xué)的發(fā)展和創(chuàng)新提供了強(qiáng)大的技術(shù)工具和解決方案。我們始終秉持科技創(chuàng)新的理念，持續(xù)提升服務(wù)能力和質(zhì)量，透過深入的研究和前瞻性的專利，譜寫這場(chǎng)生命的合成交響曲。
合成生物學(xué)核心策略—DBTL
合成生物學(xué)從底層脫氧核苷酸出發(fā)，經(jīng)DNA小片段到DNA大片段乃至到整個(gè)基因組，從單一零散的元器件到功能模塊再到整個(gè)生命系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，“自下而上”地逐級(jí)構(gòu)筑生命活動(dòng)，通過合成生物學(xué)的核心策略“設(shè)計(jì)?構(gòu)建?測(cè)試?學(xué)習(xí)”(DBTL)來創(chuàng)造新功能生命體，實(shí)現(xiàn)從非生命物質(zhì)到生命體系的跨越。
泓迅科技建立了先進(jìn)的合成生物學(xué)賦能技術(shù)平臺(tái)，提供完整的“設(shè)計(jì)—構(gòu)建—測(cè)試—學(xué)習(xí)”各個(gè)環(huán)節(jié)一體化生物系統(tǒng)解決方案，為合成生物學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域的合作伙伴們提供序列設(shè)計(jì)、基因合成、基因編輯、文庫(kù)構(gòu)建、抗體工程、定向進(jìn)化、蛋白表達(dá)、基因檢測(cè)等多元化服務(wù)，滿足不同階段的研究需求。
泓迅科技DBTL的循環(huán)迭代過程：
- 設(shè)計(jì)（Design）階段，借助計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，精心構(gòu)建合成基因和生物回路。通過系統(tǒng)性的計(jì)劃和模擬，能夠在虛擬環(huán)境中預(yù)測(cè)生物系統(tǒng)的行為，為后續(xù)實(shí)驗(yàn)提供有力指導(dǎo)。
- 構(gòu)建（Build）階段，合成基因被引入生物體，開啟合成生物學(xué)構(gòu)建的關(guān)鍵步驟。這包括DNA的合成、大片段的組裝以及基因編輯等技術(shù)手段。在這個(gè)階段，理論的構(gòu)想被具體地體現(xiàn)在生物體內(nèi)，為測(cè)試和評(píng)估奠定基礎(chǔ)。
- 測(cè)試（Test）階段著眼于生物系統(tǒng)的性能評(píng)估。通過精密的實(shí)驗(yàn)和測(cè)量，能夠獲取生物體的實(shí)際行為數(shù)據(jù)。
- 最后，學(xué)習(xí)（Learn）階段，根據(jù)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行深入分析，并結(jié)合學(xué)到的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過迅速學(xué)習(xí)和調(diào)整，能夠快速優(yōu)化生物系統(tǒng)，不斷改進(jìn)設(shè)計(jì)方案，推動(dòng)著合成生物學(xué)和生物制造的不斷創(chuàng)新。
(Metabolites. 2021;11(11):785)
合成生物學(xué)構(gòu)建專利—解鎖創(chuàng)新之門
合成生物學(xué)構(gòu)建了一個(gè)連接科學(xué)和創(chuàng)意的橋梁，打破了我們對(duì)生物學(xué)的傳統(tǒng)認(rèn)知。從微生物的工程到基因組合成，我們正在描繪一幅全新的DNA圖譜，每一次合成都是對(duì)未知領(lǐng)域的探險(xiǎn)，是對(duì)生命奧秘的深刻思考。我們驕傲地宣布，研究團(tuán)隊(duì)在合成生物學(xué)構(gòu)建領(lǐng)域取得了里程碑式的突破，并成功獲得了多項(xiàng)重要的專利，這些專利不僅僅代表了我們對(duì)科學(xué)的貢獻(xiàn)，更是對(duì)合成生物學(xué)構(gòu)建理念的印證。
（ZL201610670326 .4）
本發(fā)明提供一種重復(fù)性DNA的合成與組裝方法，該方法包括重復(fù)性DNA序列分析；序列拆分與接口選擇；引物的設(shè)計(jì)；DNA片段的合成；重復(fù)性DNA的組裝。
專利亮點(diǎn)：
- 性能更加完善：增加了組裝反應(yīng)可靠性與穩(wěn)定性，確保合成過程更為順暢。
- 適用范圍擴(kuò)大：該方法可制備重復(fù)性DNA的PCR產(chǎn)物文庫(kù)和重復(fù)性DNA的PCR產(chǎn)物，擴(kuò)展了組裝產(chǎn)物的適用范圍。
（ZL202211134853 .5）
本發(fā)明通過CRISPR/Cas9方法對(duì)釀酒酵母基因組進(jìn)行改造，獲得了三種大片段DNA高效組裝基因工程酵母菌Synbio?Sc1、Synbio?Sc2和Synbio?Sc3。
專利亮點(diǎn)：
目的片段的GC含量分析圖
目的片段的重復(fù)序列分析圖
目的片段的GC含量分析圖
目的片段的重復(fù)序列分析圖
- 可組裝大片段DNA：基因工程酵母菌展現(xiàn)了卓越的能力，能夠組裝高達(dá)60kb的大片段DNA，為大片段DNA的組裝提供了可行的解決方案。
- 高效率組裝：組裝效率高達(dá)63.5％至93.8％，這一技術(shù)突破有望在合成生物學(xué)與基因合成的工業(yè)研究與生產(chǎn)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。
- 降低生產(chǎn)成本：本發(fā)明的基因工程酵母菌還具有降低生產(chǎn)成本的潛力，這為基因合成與合成生物學(xué)DNA構(gòu)建的工業(yè)研究與生產(chǎn)帶來了重要意義，為實(shí)現(xiàn)更經(jīng)濟(jì)高效的生物制造奠定了基礎(chǔ)。
（ZL202210436102 .2）
本發(fā)明提供一種酵母細(xì)胞同源重組酶系與原核細(xì)胞表達(dá)重組酶的DNA體外組裝試劑。
專利亮點(diǎn)：
- 全新構(gòu)建方式：創(chuàng)新性地采用了DNA合成構(gòu)建方式，首次提供了一種利用酵母細(xì)胞同源重組酶系以及部分原核細(xì)胞表達(dá)重組酶制備的DNA體外組裝試劑。
- 高效快速組裝：利用DNA體外組裝試劑，可以對(duì)兩端帶有同源臂的DNA片段進(jìn)行快速體外組裝，實(shí)現(xiàn)單鏈與雙鏈DNA的快速構(gòu)建。該方法在僅1小時(shí)內(nèi)單次可以完成4～40條單鏈引物或2～6個(gè)雙鏈片段的無縫組裝。
（ZL202211729510 .3）
本發(fā)明提供了一種基因突變文庫(kù)的合成方法及其應(yīng)用，所述方法包括：通過PCR反應(yīng)將雙鏈DNA轉(zhuǎn)換成含有dUTP的單鏈DNA，通過梯度降溫式退火反應(yīng)將Trimer引物連接至上述含有dUTP的單鏈DNA上，退火后經(jīng)過序列延伸、連接反應(yīng)，形成Trimer結(jié)合下的雙鏈雜合DNA突變序列集合，將所述集合經(jīng)UDG酶消化后，進(jìn)行PCR擴(kuò)增，將擴(kuò)增產(chǎn)物與載體重組連接形成重組質(zhì)粒，即可得到基因突變文庫(kù)。
專利亮點(diǎn)：
- 操作簡(jiǎn)單、綜合成本低的PCR技術(shù)以及結(jié)合其它分子生物學(xué)技術(shù)，能夠快速實(shí)現(xiàn)高正確率、高多樣化的基因突變文庫(kù)合成，尤其適用于一個(gè)在基因中的多個(gè)區(qū)域同時(shí)進(jìn)行多樣化文庫(kù)構(gòu)建。
- 提高了一個(gè)基因上多個(gè)可變區(qū)域同時(shí)多樣化的效率，大大增加了突變序列的正確率，對(duì)抗體工程、酶工程、合成生物學(xué)等領(lǐng)域關(guān)鍵基因的挖掘與優(yōu)化具有重要意義。
泓迅案例—復(fù)雜DNA合成組裝
目的：合成組裝14Kb的復(fù)雜基因片段，并將目的基因組裝到pSynoYac0-Cm (約10Kb) 載體上。
難度分析：
- 目的片段中GC含量波動(dòng)較大，局部區(qū)域甚至高達(dá)100%。
- 目的片段中有多個(gè)重復(fù)片段，直接重復(fù)649bp片段4個(gè)，1579bp片段2個(gè)，反向重復(fù)649bp片段4個(gè)，1299bp片段2個(gè)。
目的片段的GC含量分析圖
目的片段的重復(fù)序列分析圖
方法：
- 通過調(diào)整PCR反應(yīng)體系中聚合酶、離子及其它組分含量，并優(yōu)化退火溫度、延伸時(shí)間等PCR擴(kuò)增程序的參數(shù)，來保證PCR鏈?zhǔn)浇M裝的成功率和保真性。
- 目的片段中有較多個(gè)超過500bp的重復(fù)序列，常規(guī)的組裝方案很容易發(fā)生錯(cuò)配。針對(duì)這一難點(diǎn)，我們從開始就進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)及優(yōu)化，靈活聯(lián)用酶切連接、Golden Gate及Gibson組裝等方法分段組裝合成重復(fù)序列的中間構(gòu)建。
結(jié)果：交付給客戶的最終構(gòu)建與客戶需求的目的序列100%匹配。
泓迅案例—長(zhǎng)DNA合成組裝
目的：合成組裝堿基長(zhǎng)度為37848bp的目標(biāo)片段，并將合成的片段組裝至pSynoYac1-Cm (約10kb)上。
難度分析：
- 合成該目的片段需要400多條小片段寡核苷酸，進(jìn)行80多次的重疊延伸PCR拼接組裝，工作量較大，成功率較低。
- 序列的復(fù)雜度較高，GC含量波動(dòng)大，長(zhǎng)重復(fù)序列（≥20bp）多達(dá)108個(gè)。
- 38kb片段與10kb載體的組裝難度大，成功率低。
目的片段的GC含量分析圖
目的片段的重復(fù)序列分析圖
方法：
- 用CRISPR基因編輯技術(shù)對(duì)釀酒酵母BY4741基因組進(jìn)行了改造，開發(fā)得到一株酵母菌，顯著提高了酵母體內(nèi)同源重組的特異性、成功率以及組裝穩(wěn)定性。
- 針對(duì)片段缺失，改良酵母轉(zhuǎn)化的操作流程和反應(yīng)體系配方，顯著增加了釀酒酵母大片段DNA的轉(zhuǎn)化效率。
結(jié)果：通過上述一系列的優(yōu)化改進(jìn)，最終成功獲得100%正確目的序列。
泓迅案例—基因突變文庫(kù)合成
目的：對(duì)全合成人源化抗體序列的6個(gè)CDR序列區(qū)同時(shí)進(jìn)行基因多樣性變化設(shè)計(jì)，構(gòu)建一種全合成人源化抗體基因突變文庫(kù)。
難度分析：
- 目前市面上實(shí)現(xiàn)6個(gè)CDR序列區(qū)的每個(gè)氨基酸位點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行多樣性變化的文庫(kù)構(gòu)建方法效率很低。
- 隨著CDR區(qū)數(shù)目增多，每個(gè)CDR區(qū)的正確率無法保證。
方法：
- 通過PCR反應(yīng)將全合成人源化抗體原DNA序列轉(zhuǎn)換成含有dUTP的單鏈DNA；
- 通過梯度降溫式退火反應(yīng)將6個(gè)CDR區(qū)的Trimer引物同時(shí)連接至上述含有dUTP的單鏈DNA上；
- 步驟2退火后的序列經(jīng)過延伸、連接反應(yīng)，形成Trimer結(jié)合下的雙鏈雜合DNA突變序列集合；
- 將上述集合經(jīng)UDG酶消化，以消化產(chǎn)物為模板進(jìn)行PCR擴(kuò)增，獲得目標(biāo)基因特定區(qū)域多樣化的突變序列集合；將所得序列集合與載體重組連接形成重組質(zhì)粒，得到基因突變文庫(kù)。
泓迅科技-創(chuàng)新型合成生物學(xué)賦能技術(shù)平臺(tái)
泓迅科技以其先進(jìn)的設(shè)計(jì)與制造為基礎(chǔ)，致力于構(gòu)建創(chuàng)新型合成生物學(xué)賦能技術(shù)平臺(tái)。我們?cè)诨蚝铣?、引?探針合成、RNA合成、文庫(kù)合成、重組抗體及蛋白表達(dá)、Sanger/二代測(cè)序、基因編輯等領(lǐng)域不斷探索，將創(chuàng)新融入每一個(gè)環(huán)節(jié)，為客戶提供高效、可靠的解決方案。
我們的團(tuán)隊(duì)擁有深厚的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)和跨學(xué)科背景，秉承著設(shè)計(jì)、構(gòu)建、測(cè)試、學(xué)習(xí)（DBTL）的循環(huán)迭代原則，憑借獨(dú)特的視角和前瞻性的思維，敢于挑戰(zhàn)生物科技邊界。
自成立以來，泓迅科技總計(jì)合成100億堿基、100萬修飾引物、100萬基因。未來，我們還要合成更多產(chǎn)物。在無限合成的世界里，泓迅科技以創(chuàng)新為信仰，不斷推動(dòng)生物科技的進(jìn)步，為構(gòu)建未來的科技生態(tài)系統(tǒng)貢獻(xiàn)力量。在這場(chǎng)掌握創(chuàng)新為主旋律的合成交響曲中，我們是開拓者，是引領(lǐng)者，是無限合成的創(chuàng)新者。無限合成，盡在掌握!
參考文獻(xiàn)
[1] Wang J, Nielsen J, Liu Z. Synthetic Biology Advanced Natural Product Discovery. Metabolites. 2021 Nov 17;11(11):785.
[1] Wang J, Nielsen J, Liu Z. Synthetic Biology Advanced Natural Product Discovery. Metabolites. 2021 Nov 17;11(11):785.
來源：蘇州泓迅生物科技股份有限公司
