分子组装是如何使用酶DNA使DNA数据存储

您正在去见一位重要的软件专家的路上。也许你想与他们合作，或者你的实验室需要一个平台。无论哪种方式:假设你到达他们的办公室，专家在一台巨大的米色丽萨苹果电脑后面欢迎你。

你会跑多快?

如果你想知道我要说什么，想象一下下面的画面。对专家的老方法感到沮丧，你回到实验室。你从事合成生物学工作，所以你很可能需要特定的DNA。因此，你转向1983年发布的另一项技术，就像Lisa计算机：传统的DNA合成。

分子组装正致力于为这项技术提供业界和学术界一直渴望的急需的升级，使DNA合成变得更便宜、更快和更准确。他们与原始技术的关系非常密切。联合创始人兼CSO比尔·埃夫卡维奇（Bill Efcavitch）早在80年代就将这项基于化学的技术商业化，但他仍然认为这是一个奇迹——理由充分。传统的方法是将核苷酸与固体底物偶联，并与过量的核苷酸和缩合物进行洗涤循环，总是带有封闭基团以防止额外核苷酸的添加。分子组装在许多方面简化了这一过程，通过关键的酶辅助物的添加，将其保持在“添加、去块、清洗和重复”的简单程度。

长度的障碍

“今天用来合成DNA的磷酰胺化学方法绝对是不可思议的，”埃夫卡维奇告诉我。他说:“它创造了一个完整的产业——一个每年价值10亿美元的市场。然而，由于这种化学反应的固有效率，当你达到大约100个核苷酸时，产物的产量开始迅速下降。这种情况已经存在了几十年。”

这并不是说没有任何努力来提高这种效率，但用埃夫卡维奇的话来说，这种收益非常小，或者非常昂贵。就好像技术崩溃了一样。这就是他所说的长度障碍这也是分子组装技术所关注解决的主要问题。

“意识到[化学合成的'缺点]之前已经将其商业化，并且非常熟悉化学及其行为，我说‘我们可以采取不同的方法来突破长度障碍吗？’

这就是公司通配符的作用所在。分子组装与无模板聚合酶一起工作，这意味着无论传统配对如何，该酶都可以添加其构建链附近的任何核苷酸。这还不是全部。埃夫卡维奇说，“我们使用的酶能够以随机的方式产生非常非常长的链。我们有证据证明这种酶可以产生数千个核苷酸的链，所以问题是，作为一个起点，我们可以诱使它进行添加、去块、洗涤、重复循环并保持高产量，从而ak穿过磷酰胺化学所具有的长度屏障？”

剧透警报：是的，他们可以，他们做到了2018年8月，该公司宣布他们已成功完成了存储和检索数字信息的端到端运行；在这种情况下，一条短信被翻译成二进制，然后数据被编码成一系列DNA碱基，并通过酶合成写入物理分子。该过程具有成本效益，产生的信息可以用任何可用的测序器读取，使读出平台独立。

回到成本效益，还有另一个原因使酶法的方法有了一个非常有力的理由：完成构建的成本。

“对于一个合成基因或任何结构，你必须做的每一次合成后的接触都会增加成本。你有一个寡核苷酸合成器，当它停止时，然后在为客户提供可交付的产品之前，有很多工作要做。我们相信酶的方法会影响所有的工作流程；其中一些可能会被完全消除。我们很快就会发现，如果有的话，还剩下多少。但我们确信，我们将降低整个过程的成本。”

所以我们说的是更便宜的长链DNA吗?是的,请。但现在，该公司想走得更远。

图片来源:分子组装

路的策略

“我们一直致力于调整DNA数据存储的新流程：如何将其扩展到最快的循环时间，以及如何通过简化添加、清洗和重复循环的流程，同时实现数百万条链的极度并行合成。”

这有可能彻底改变DNA合成用于数据存储的方式。分子组装可以在许多领域实现这样的承诺，但Efcavitch给了我一个非常具体的划分，他们可能的产品。

“我们想出了一个尴尬的术语:有完美的DNA用于生命科学的应用(有很多垂直的领域)然后我们可以称之为不完美的脱氧核糖核酸,对于DNA数据存储，我们的大部分工作仍在生命科学的完美DNA中，”他澄清道，“然而，我们已经在DNA数据存储方面展示了一些惊人的原理证明，我们认为这将具有难以置信的能力。它可以让我们通过两种不同的酶法过程来制造DNA，其中一种可能成本非常非常低，正是因为它是不完美的DNA。”

对于这两种类型的DNA，采用两种不同的生产方法确实是有意义的，因为如果你停下来想一想，“数据存储所需的链数与生命科学应用所需的链数完全相形见绌。”每种产品的生产时间也将大不相同：非端接dNTP类似物的使用极大地改变了数据存储合成的速度和硬件复杂性，使该公司能够提供数据存储所需的大量绞线。

分子组装并不是唯一一家争夺DNA合成圣杯的公司。DNA数据存储正在经历令人难以置信的增长，甚至像微软这样的非生物巨头也正在进入这一领域。这听起来像是一个艰难的红海，但分子组装具有明显的技术优势。

“其他公司也有他们正在使用的硬件解决方案，”Efcavitch告诉我，“但他们使用的是1983年引入的完全相同的化学物质，这意味着他们仍然受到这种化学物质的限制，这对生命科学DNA有重大影响。”DNA数据存储的负担稍微减轻了一点，但我认为，我们正在探索的过程——使用相同的酶，但采用两种不同的方法——将极大地影响高度并行合成的硬件实现。”

该公司在这一战略分歧上下了很大赌注。这种方法基于相同的酶和相同的水系统，但有两种不同的硬件实现，导致产品面向两个完全不同的市场。这两条路甚至可能比他们预期的更远，因为应用的可能性实际上是无穷无尽的。

不可能的DNA，新材料和空间图书馆。

到目前为止，分子组装在DNA数据存储方面的工作一直受到传统的2位编码的限制。但在不久的将来，这种非常规的酶可能会改变这种情况。

“我们对这种酶的了解，它的行为，以及我们一直在测试的类似物，表明我们可以增加编码，而不仅仅是2位编码。这在现阶段还没有得到证实，但我们对如何做到这一点有很强的概念，尽管它需要像纳米孔一样读取非sbs，而不是传统的编码，我们的DNA可以被地球上的任何DNA测序器读取。”

无模板聚合酶可以构建许多不同类型的DNA，而不考虑自然DNA应该是什么样子。制造这些高度修饰的分子可能会开启埃夫卡维奇极力推崇的令人敬畏的新可能性。

“我们所使用的酶对修饰碱基具有极高的耐受性，可能有我们从未想到过的巨大的材料科学应用。作为一名科学家，我对这种酶的多功能性感到震惊，因为它能够制造出高度修饰的DNA，而这种DNA的用途甚至是想象不到的。”。我非常渴望开始与学术研究人员合作，为他们提供一些DNA，看看有什么有趣的特性可以适合他们。”

“再说一遍:也许这只是个梦。”埃夫卡维奇用更轻的声音说。“但这些用于材料科学应用的修饰DNA，如DNA折纸，或使用DNA作为半导体制造的模板，这些都是我们梦寐以求的领域。但由于我们可以很容易地扩展我们的流程，而且规模越大成本越高，这种可能性似乎就更现实。”

在这一点上，我不得不打断一下——DNA合成从永远以来就是规模经济的对立面。这有什么不同？

“整个行业都在进行大规模的酶转化，因为它们非常划算：制药行业。全世界都有专业知识，所以技术已经达到了工业水平。现在我们需要做的是找出一个修饰过的DNA是否具有某种特性。”它让人们想要好几公斤。”

因此，我们实际上会在现有知识的基础上进行构建，实现这一飞跃的速度可能比我们预期的要快。我们可以拥有廉价的工业级长链DNA。这就是我们在DNA数据存储和向太空传输方面所缺少的吗？

“考虑到绿色方面，也许，”Efcavitch沉思道，“我们的过程是无毒的，因为它使用的是水溶液而不是有机溶剂。当然，我认为这更符合DNA数据存储标准而不是化学合成的替代品。但是，确实有一些世界之外的应用:我认为运输水溶液和基于水的合成化学是通向外太空的唯一途径。”

稍作停顿，我冒险问最后一个问题。

“那么……太空中的分子组装？”

埃夫卡维奇笑了。“我不会让你引用我的话。我是个脚踏实地的人。”

顺便说一句，双关语很好。但考虑到分子组装的发展速度，如果我们放宽时间限制，我个人认为是。绝对的。

了解更多的专家对DNA数据存储在SybBieta 2019，十月1-3在旧金山，CA.vwin彩票注册在这里注册.

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