酶促合成法相比传统化学合成法,在准确性、合成长度上有哪些优势?
以DNA聚合酶、连接酶为核心的酶促合成法,凭借酶的高特异性和温和反应特性,在DNA合成的准确性与长度上相比传统化学合成法优势显著,目前该技术已取得多项突破性进展,处于技术快速优化与产业化初期推进的阶段。以下是具体分析:
1、相比传统化学合成法的核心优势
准确性:传统化学合成法(如主流的亚磷酰胺法)需4-5个反应步骤,每一步的副反应都会累积错误,合成300bp左右片段时准确率仅30%左右,且随着片段延长错误率呈指数上升。而酶促合成法依赖酶的高特异性催化,反应步骤仅需2-3步,大幅减少了错误来源。例如中科院天工所团队的两步循环酶促技术,合成准确率达98.7%,最佳状态下更是高达99.8%;英国Camena公司的gSynth™平台合成超300bp片段时准确率达90%,远超同长度化学合成的准确性。此外,部分DNA聚合酶还具备校读功能,能识别并切除错配核苷酸,进一步降低错误率,这是化学合成法不具备的优势。
合成长度:传统化学合成法受副反应累积、链内二级结构干扰等限制,合成片段长度上限仅200-300bp,更长片段需拼接组装,不仅繁琐还会额外引入错误。酶促合成法能突破这一限制,如基于phi29DNA聚合酶的滚环扩增技术可合成长达数十kb的单链DNA;Camena公司的gSynth™平台能合成6.5kb的完整基因,还成功组装出2.7kb的pUC19质粒;国内团队也明确目标是优化后合成500-1000bp甚至更长片段,理论上酶促合成有望实现kb级乃至更长片段的直接合成,大幅减少拼接步骤。

2、酶促合成法的当前发展阶段
技术突破不断涌现:目前已开发出多种核心酶体系,除了改造优化末端脱氧核苷酸转移酶(TdT),还出现了无TdT的酶促技术。如中科院团队筛选出高活性鸟类来源TdT,改造后突变体催化效率较哺乳动物TdT提升3个数量级;英国Camena公司的gSynth™平台摒弃TdT,实现超300bp片段合成,为不同需求提供了技术路径。同时在底物修饰上也有突破,如通过氧氨基修饰核苷酸,解决了酶对非天然底物识别能力不足的问题,保障合成的可控性。
产业化初步推进:部分技术已开启产业化探索,国内中合基因受让中科院酶促DNA合成技术知识产权,成为该领域产业化先行者;法国某基于TdT酶合成技术的公司曾获2亿美元融资,英国Camena公司完成1000万美元A轮融资用于拓展酶促合成平台。这些融资与产业化动作,标志着技术开始从实验室走向市场应用。
仍处于优化完善阶段:当前技术仍存在待解决的问题,比如酶的序列偏好性可能导致特定碱基组合延伸效率差异,高纯度工程酶的制备成本较高;长片段合成时,酶的稳定性和反应循环的均一性仍需提升。不过研究方向已明确,未来将通过进一步改造酶结构、优化反应体系等,推动准确率稳定在更高水平,并实现更长片段合成,降低成本以适配大规模产业化需求。
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