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抽象的

用于高保真基因高效多重合成的先进工作流程 - 下一代基因合成

高晓莲

 

抽象的

本演讲将描述我们的合成生物学项目，指出利用微芯片寡核苷酸构建方块进行多重高稳定性质量融合的平滑过程。该程序突出了按比例缩小、计算生物信息学配置、先进的工作流程、低材料利用率、长且高的连续精度、低错误DNA通过有效的创建过程而开发。特别是，我们的工作建立了一种基本且易于使用的流段技术（固定化纤维素限制性 mutS 段），以从最后的寡核苷酸质量结构方块中排除包含错误的序列，这些结构方块计划的最终目标是它们可以通过连接和 PCR 产生特征性的长 (kb) DNA。公布的工作流程需要大约一个小时的座位时间来处理寡核苷酸，每个 kb DNA 的错误率低于 1 个，这意味着全长 EGFP（720 bp）质量克隆的实现速度约为 80%。工作过程交出超过十种同等品质。具有在途径质量束联合中应用的潜力。

介绍

系统生物学是一门跨学科科学，研究细胞或生命形式的复杂相互作用和总体行为。制造科学作为一门机械学科，整合了自然科学和建筑，允许对特定应用的框架进行规划和控制。这两个框架和工程科学在微生物阶段的活力、材料和生态应用的持续改进中发挥了重要作用。更重要的是，框架科学为改进制造的科学设备提供了重要的信息，从而鼓励了对复杂自然框架的控制和理解。通过这种方式，框架和制造科学的结合在检查和构建微生物方面具有巨大的潜力，特别是执行推进任务，例如提供生物燃料。尽管在整合框架和制造科学方面并没有进行太多的研究，但现有模型在扩大微生物能力方面显示出了非凡的力量。此次审计以微生物基因组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学方面的最新成果为中心，旨在填补框架和工程科学之间的空白。

系统生物学旨在创造新技术来考虑有机框架的整体有用性。在研究微生物时，这些系统不仅有助于了解生物体如何调整、发育以及与不同生物体合作，还可以揭示 RNA、蛋白质和代谢物的概况和元素，阐明它们的细胞内通讯，并揭示复杂的管理系统。

系统生物学的重点是开发伪造的装置以实现特定的功能。生物体是一些重要应用的神奇宿主，例如生物修复、生物降解、生物转化和生物生产。特别是，人造有机体已被广泛用于提供治疗性蛋白质、现代催化剂、小原子药物、合成化合物、生物燃料和材料。

基因组学

在合成生物学水平上，改变遗传分组的能力是控制任何工程框架的原因，这对这种改变提出了明显的要求。在这种需求的推动下，DNA 联合策略近年来发展迅速。为了寻求有效、高忠诚度和最少努力的 DNA 融合程序，人们制定了许多策略。例如，田等人。(2004) 利用照片可编程微流控芯片进行多重质量混合，并结合基于杂交的技术进行错误修正。当前业务质量组合的费用为 0.28 美元/bp 甚至更低（Genscript, Inc.），提供比近期记忆中任何时候都更简单的遗传控制。虽然已经证明了丝状支原体的整个微生物基因组的混合物组合，但在当前的进展阶段，微生物基因组的完整物质组合可能是复杂且过高的。处理构建大量 DNA 或代谢途径的可选方法是收集不同的现有 DNA 片段。例如，固定的 Gibson DNA 连接方法使用 5' 核酸外切酶的运动来产生单个废弃的 DNA 突出端，然后使用 DNA 聚合酶和连接酶进行高度精确和高效的固定和连接（Gibson 等人）等，2009）。这一策略允许将大量 DNA 片段无痕地集中在一锅中。其他 DNA 收集策略，例如 CPEC（圆形聚合酶扩增克隆）和 Golden Gate，

转录组学

RNA 原子参与转录和翻译，充当质量和蛋白质之间的联系。虽然对记录概况的精确研究揭示了高质量的表达设计，但这些记录水平的工程指导可以改变蛋白质焦点。对转录组学的系统理解是构建工程管理框架的基础。 如果我们在转录水平上更进一步，就可以更准确地理解从遗传特性中获得的数据。通过评估各种条件下相关质量的表达水平，创建了 RNA 微阵列，以鼓励对基因组容量和指南设计的理解。该技术通量高且经济，但也存在限制，包括需要基因组连续数据以及交叉杂交带来的错误。

蛋白质组学

蛋白质在天然框架中是普遍存在的；它们复杂的结构使它们能够发挥无限的功能，例如运输、催化、标记和指导。以这种方式，在改进新型制造框架之前，必须有效理解蛋白质组学，包括蛋白质结构、能力、焦点以及与不同颗粒的通信。

测试蛋白质检查在很大程度上依赖于蛋白质组学的进步和仪器。选择反应检查（SRM）是一种令人惊奇的蛋白质组学策略，可以定量地区分少量的特定蛋白质。无论如何，必须利用 SRM 来区分已为其创建测量值的蛋白质。以前，测试改进是一个费力的过程，限制了 SRM 的使用。皮科蒂等人。(2010) 制定了用于创建 SRM 检查的高通量策略，使他们能够剖析大肠杆菌蛋白质组中的所有磷酸酶和激酶。通过组合和分解制造的肽库，在不到 6 小时的仪器时间内完成了 432 项 SRM 测试，成功率达 89%。

代谢组学

代谢组学以代谢物的概况和元素为中心，揭示细胞酶反应的作用以及代谢和分解代谢途径。此外，代谢检查可以用作微生物细胞状态和自然条件研究中的症状装置。从制造科学家的角度来看，设计微生物代谢组学与应用有直接联系：降低毒物、除草剂和自然污染物，以及制造合成化合物和药物。

数十年来，已经创建了依赖于气相色谱-质谱 (GC-MS)、流体色谱-质谱 (LC-MS) 和原子吸引混响 (NMR) 的代谢物可识别证明和评估程序，以考虑代谢物概况和元素。此外，还创建了代谢显示装置，例如运动平衡检查和代谢转变研究。虽然 FBA 和 MFA 都依赖于伪一致状态假设下代谢反应率的化学计量计算，但 MFA 利用测试信息，而不是像 FBA 那样关注有机健康能力。此外，代谢解释原理和显示设备的结合有助于描绘代谢系统，识别新的代谢途径和瓶颈步骤，

结论与展望

遗传学固有的复杂性为系统和工程科学领域的科学家提供了巨大的任务，分别理解和控制常规遗传系统及其令人难以置信的控制组件。未来几年，基因组学的进展将促使 DNA 结合的成本进一步降低，从而加快研究速度。转录组学将面临广泛的工程设备的改进，包括通过特定利用制造的广告商和RNA成分（例如非翻译区（UTR）、RBS、反义RNA和核酶）进行控制。蛋白质组学将提供丰富的信息作为蛋白质组规划，代谢组学将巩固这些进步，以实现所需项目的显着回报。