文末部分为“关于Molecular Assemblies的Q&A”环节，不要错过！
DNA是生物学的语言，驱动着从无动物肉到新兴疗法的各种合成生物学应用。因此，DNA合成一直都是一个竞争激烈的领域，现在有很多公司（如Twist Biosciences、IDT、Eurofins Genomics、GenScript和Telesis Bio等行业领袖）都能够生产出各种长度的DNA产品，包括短链DNA片段（寡核苷酸）和长基因大小的产品。然而，尽管竞争激烈，当前对这些产品的需求仍在不断增加。
另一方面，当前的DNA合成技术也尚存在着一些需要改进的方面，例如产品交付时间长，有些客户甚至需要等待数周才能获取所需的DNA产品，以及对长DNA序列的需求，一些特定的应用场景需要使用比当前技术提供的极限长度更长的DNA序列。
为了打破这些瓶颈，Molecular Assemblies正在开创一种全新的方法，使用其专有的Fully Enzymatic SynthesisTM(FESTM)技术来制造长而高纯度的DNA。在获得2850万美元的B轮融资后，该公司启动了一个关键客户计划。近日，他们也宣布开始向第一批客户发送酶合成的寡核苷酸产品。
DNA合成简史
DNA合成成本的显著降低推动了生物技术的进步，使快速PCR检测、基因筛查和疫苗制造等应用成为可能。亚磷酰胺法是20世纪80年代开发的DNA寡核苷酸合成的标准方法。随着自动化和固相合成技术的进步，这种技术在几十年间不断发展，以提高合成速度和吞吐量。现在，如果你在下午3点之前定购短链寡核苷酸，第二天产品就能被送达。
然而，化学合成方法也存在着一些问题，例如生产过程中对有害化学品的使用，以及DNA产品长度的有限。长度的限制主要与化学反应步骤的效率有关，尽管很多企业都宣称其反应效率能达到99.6%，但将添加每个新碱基的错误几率都考虑进来，生产一个长度为200bp的DNA片段可能只有不到一半的产品是准确无误的。
因此，标准的DNA合成服务都被限制在150个碱基对，任何比这更长的DNA产品都需要进行额外的组装和纯化步骤，从而造成了成本和处理时间的直线升高。然而，酶催化的DNA却不受到这些限制，大自然已经很好的完善了这一处理过程：在人体内，DNA写入酶的出错率不到千亿分之一。考虑到这些，Molecular Assemblies、DNA Script、Ansa Biosciences、Evonetix和Touchlight Genetics等公司现在都在考虑采用这一原理来生产更长、更准确、更实惠的DNA产品。
总之，DNA合成是生命科学的基础，其成本的降低和合成技术的发展将为更广泛的应用提供可能性。虽然化学合成方法受到了很多方面的限制，但酶催化DNA合成方法的异军突起也将为我们提供新的希望。
通过酶合成DNA来模拟自然的想法已经存在了很长时间，但真正流行起来应该是在2019年。当时，几个学术实验室和公司（其中包括Molecular Assemblies）报道了酶法DNA合成的首次成功。这之中最关键的组成部分是一种神秘的酶——末端脱氧核苷酸转移酶（TdT）。这种酶具有独特的能力，能够将A、T、C、G四种核苷酸直接连起来，而不需要模板序列，而这也正是DNA合成所需要的。在人体内，TdT酶能够使免疫细胞的T细胞受体变得更多样，而到了体外，它可能成为高效DNA合成的秘密武器。
更长、更纯、更绿色的DNA
Molecular Assemblies自2013年以来一直在改进酶，以优化商业DNA合成。该公司由Mike Kamdar和Bill Efcavitch创立，他们曾协助商业化化学DNA合成过程。2020年，该公司与Codexis合作，以加速推向市场。如今，他们已经开始向客户发送DNA产品，并且其在圣地亚哥的新设施也刚刚开始运营。
该公司的Fully Enzymatic SynthesisTM(FESTM)平台使用水溶性、无毒的试剂进行生产，而且合成后纯化和处理步骤也极少。对客户来说，这意味着他们不再需要在快速交付时间、寡核苷酸长度或纯度之间做出选择。该公司的首席科学官Bill Efcavitch博士表示：“通过酶法合成独有的过程中产物富集技术，我们无需再进行合成后纯化步骤，从而缩短产品交付的时间”。
从CRISPR编辑到DNA数据存储
科学家们一直渴望能够得到长链合成DNA，现在酶法合成技术可能让他们得偿所愿。就在上周，Ansa Biosciences公司（另一家酶法DNA合成公司）宣布生产出了世界上最长的合成DNA分子，长度达到了惊人的1005个碱基。
这不仅是一项技术成就。长DNA是基因合成的终极目标，如果能合成较长的DNA，就能够从每天被测序的数千个基因组中探索新的基因，并在实验室中进行功能测试。此外，CRISPR编辑系统中也需要长DNA序列来提供精确的模板。最后，DNA数据存储领域的蓬勃发展，也对更快、更准确、更长的DNA合成技术提出了需求。
Molecular Assemblies公司的总裁兼首席执行官Mike Kamdar表示：“客户的需求非常强烈，研究人员们一再表示，他们觉得目前可用的DNA合成技术存在限制。我对我们团队的辛勤工作和奉献精神非常感激，这些是我们创新技术进入市场的重要推动力。我们很高兴宣布，酶法合成的寡核苷酸已经交付到了一部分研究人员手中。随着科学家们对我们产品的使用，我们将得到更多反馈，以便在今年晚些时候正式开放我们的合成服务”。
Mike Kamdar还说道：“我们知道，顾客想收到的是能够直接使用的DNA，而不受到长度和序列复杂性的限制，这对于推动科学研究的新突破以及加速许多行业的创新，包括下一代医药和技术领域，都是至关重要的”。
通过关键客户计划，研究人员可以提前获得更长的DNA寡核苷酸，以便其突破性项目的开展。
关于Molecular Assemblies的Q&A
问：传统的DNA合成方法有哪些不足？
答：现有DNA合成技术主要有两个痛点：首先，由于长度限制，序列复杂性，亦或两者兼具，目前的DNA合成技术不能满足基因编辑实验的所有需求。其次是交货时间的问题，现有的DNA合成技术可能需要三到四周才能完成长DNA序列的交付，这大大限制了科研发现的速度。
问：为什么Molecular Assemblies的DNA合成时间更短，主要在哪些步骤进行了改进？
答：首先是合成时间，Molecular Assemblies对TdT酶进行了进化，合成效率提高了25%以上，可以快速合成长链DNA序列。
其次是纯化步骤，传统的DNA合成，尤其是长链DNA（＞150bp的寡核苷酸）合成需要繁琐的合成后纯化，如PAGE或HPLC，而Molecular Assemblies则将合成和纯化步骤合一，在过程中选择性的去除未完成合成的寡核苷酸，确保无论长度如何，都能得到高纯度的寡核苷酸，这大大降低了产品的交付时间。
参考链接：
https://www.forbes.com/sites/johncumbers/2023/03/14/synthetic-biology-startup-molecular-assemblies-ships-first-dna-from-new-san-diego-facility/?sh=4529e59d28aa
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作者/捉蝴蝶的猫
审核/莫十二
编辑/莫十二