DNA的明天:DNA技术将如何影响我们的世界

当DNA的结构在1953年被阐明时，一个充满可能性的不可想象的世界打开了。但我们甚至无法想象我们将如何使用如此强大的知识。30年后，聚合酶链反应(PCR)——在实验室复制DNA的过程——被开发出来，创新爆发了。在2001年——将近20年前——第一个完整的人类基因组被测序并发表。

我们通过DNA发现的信息使我们能够探索和开发各种问题的解决方案，从如何在动物模型中模拟人类疾病，到为癌症和阿尔茨海默病等毁灭性疾病找到新的治疗方法。

我们改造生物的能力使DNA变得更加强大。我们正在现有蓝图的基础上进行建设，加强它，赋予它新的和改进的功能，并利用它的特点为我们做有用的事情。完美的例子包括改造T细胞的基因组，使其成为高度特异性的抗癌药物，或改造细菌，以生产有用的产品，如胰岛素、食品成分或生物塑料。我们甚至开始使用DNA来存储信息，也许有一天会取代物理硬盘驱动器。

但所有这些应用都需要快速、高保真、高通量的DNA合成——这一事实使DNA合成成为所有合成生物学应用的关键。等公司扭转生物科学和其他行业领袖改善DNA合成技术，甚至更优雅的解决世界上一些最大问题的方案正在成为可能。以下是DNA合成的四种新应用。

开发针对埃博拉、寨卡和流感的基于抗体的疗法

面对埃博拉、寨卡和流感等流行病威胁的一线医护人员可获得的治疗性抗体——仅在60天内?这似乎是一项不可能完成的任务——但是来自范德比尔特大学、华盛顿大学、麻省理工学院的拉根研究所、哈佛大学、西雅图传染病研究所和贝斯以色列女执事医疗中心的研究人员比以往任何时候都更接近实现这一目标。

今年早些时候，他们与美国国防部高级研究计划局(DARPA)签订了一项为期五年、价值2800万美元的合作协议，名为“大流行预防计划”(P3)，以生产治疗性抗体，可能有助于预防下一次全球大流行。通过一系列的四个科学冲刺，团队将完善他们的过程。他们的第一次冲刺始于今年1月，重点是寨卡病毒。仅仅78天在美国，他们从人类供体样本到候选抗体的治疗验证。

图片来源:扭转生物科学

该团队的成功很大程度上归功于他们抗体靶点的DNA序列惊人的快速转变，这是由Twist Bioscience提供的。“[Twist]能够从零开始合成700个抗体序列，将它们克隆成质粒，并对它们进行QC，在9天内将它们运送回我们，这是相当惊人的，”罗伯特·卡纳汉说他是范德比尔特大学医学院儿科副教授，也是VVC Darpa sprint团队的负责人。

建设塑料循环经济

塑料是日常生活不可或缺的一部分，但它们也是我们星球上的废物的一个重要来源。我们的海洋正在被塑料淹没。它可以数百年塑料材料在垃圾填埋场分解。

法国公司Carbios正在寻求通过生产在125天内自然分解的酶化塑料来重新创造塑料的生命周期。该公司利用专利技术，制造了含有酶的塑料材料，使塑料具有自毁开关。这种时间控制的酶分解的副产物被环境中自然存在的细菌进一步降解。

该公司还致力于显著降低生物源聚合物的生产成本，如通过100%的生物过程从乳酸发酵和酶转化乳酸(PLA)。碳水化合物还通过酶来革新塑料材料的回收。他们的过程基本上可以无限使用塑料材料，比如PET，通过酶分解、净化，然后将其重新构建为原始形式，然后可以用于任何原始材料可以用于的应用。

所有这些解决全球塑料问题的革命性方法都依赖于酶——当然，这需要将DNA序列引入微生物，以测试酶的功能和功效。

用微生物照亮我们的世界

人工照明不仅通过干扰我们身体的自然昼夜节律增加了人们的压力，还对环境造成了破坏，无论是通过破坏敏感的生态系统，给地球上一些最有限的资源带来压力，或者通过制造灯具和照明系统的工业过程污染环境。法国公司Glowee正试图通过使用一种完全自然的光源——微生物，来减轻人工照明造成的广泛损害。

生物发光是一些生物体拥有的特性，使它们能够发光(如果你曾经在夏夜看到过萤火虫，你就见证了生物发光)。Glowee正在从海洋中改造生物发光微生物，以优化它们的发光性能。该公司对产生自然光的酶(这当然需要DNA序列)的变化进行了工程师和测试，以获得所需的特性，如光强度、稳定性和容量——这些都是大规模应用生物光源取代人工照明系统的关键。

但是，它真的能奏效吗?看看公司的Glozen Room，然后自己决定:

DNA折纸

从地毯清洁机器人到实验室液体处理机器人，机器人在许多方面帮助我们的生活变得更容易。但是，如果机器人可以通过将药物载荷运送到人体的特定部位或将有毒物质运送到患病细胞来帮助治疗疾病，那会怎样呢?这正是纳米级机器人背后的概念。然而，将它们变成现实一直是一个挑战，因为生物系统，以及这些系统之间的通信网络是如此复杂。来自以色列纳米技术与先进材料研究所和哈佛大学Wyss仿生工程研究所的研究人员让我们离实现抗击疾病的纳米机器人又近了一步。

该团队使用DNA折纸——将DNA分子自组装成纳米级3D形状——制造出能在活体体内动态相互作用的纳米机器人，以控制针对该生物体内特定细胞的分子。在这种情况下，研究小组在一只蟑螂身上测试了他们的DNA折纸衍生的纳米机器人，这是测试和优化用于人类的技术的第一步。

“这项工作提出了一种新型的生物计算平台，特别适合于控制活的有机体中的治疗分子的任务，”研究人员写道他们的文章发表在自然纳米技术。“基于这一概念的进一步设计工作可能会在不久的将来显著提高这类系统的能力和效率，为治疗学和其他生物过程的计算控制提供工作原型。”

DNA明天会带我们去哪里?

以上只是四个例子，展示了当今DNA合成所带来的令人惊叹的技术和解决方案。我认为，创造了世界上第一项基于dna的技术的科学家们将真正受到我们自那时以来所取得的进步的鼓舞，以及我们今天和明天将采取的使我们的世界成为一个更美好的生活、工作和娱乐的地方的步骤。

Twist Bioscience是全球DNA合成领域的领导者，是美国生物技术协会的白金赞助商vwin彩票注册SynBioBeta 2019让我们来认识一下首席执行官Emily LeProust、生物制药首席技术官兼蛋白质工程副总裁Aaron Sato、首席技术官Bill Peck和合成生物学研究主任Rebecca Nugent，他们都将在今年的会议上登台。

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