基因可以用化學方法合成嗎?

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基因可以用化學方法合成。基因是帶有遺傳信息的DNA片段。是否可以用化學方法合成基因,也就是談論是否可以用化學方法合成DNA。

DNA

基因是產生一條多肽鏈或功能RNA所需的全部核苷酸序列,支持著生命的基本構造和性能。DNA,也稱脫氧核糖核酸,由脫氧核苷酸組成(脫氧核苷酸由鹼基、脫氧核糖和磷酸構成。其中鹼基有4種:腺嘌呤、鳥嘌呤、胸腺嘧啶和胞嘧啶)。DNA分子由兩條脫氧核苷酸鏈構成雙螺旋結構。脫氧核苷酸的鹼基兩兩相向,通過氫鍵形成的配對相連,脫氧核糖-磷酸鏈在螺旋結構的外面,整體結構穩定。

基因合成法

基因合成法,分為酶學合成法或化學合成法。化學合成法:用化學法或化學法結合酶學法來合成基因。多年來,已有近百種化學合成的基因(例如:胰島素基因,干擾素基因)。

化學方法合成DNA的主要原理:根據待合成的DNA片段已知的核苷酸序列要求,利用DNA合成儀,可自動地將4種核苷酸單體按照某種規則求進行“站隊組合”。通俗的講就是,先整理出所需基因的核苷酸序列,然後以核苷酸為原料,通過化學方法進行合成。

具體化學方法採用的是:過磷酸二酯法,磷酸三酯法,亞磷酸三酯法,以及在後兩種方法的基礎上建立起來的固相合成和自動化方法。

綜上所述,基因可以用化學方法合成。


神州上卿


人類首條人工合成的基因出現在上世紀60年代 基因合成是當前合成生物學的主要內容,通過基因合成,可以獲得自然界中不存在的基因,為人類改造生物開闢了一個全新的方向,在可預計的將來,基因合成將在生命科學領域發揮巨大作用,在新能源 、新材料 、人工生命 、核酸疫苗 、生物醫藥等領域的作用已初步體現。基因合成也存在潛在的被開發成生物武器的可能,而這個可能性在幾個病毒的人工合成之後變得更加突出。

基因合成有兩種途徑,一是向基因合成公司訂製,二是作本地基因合成。由於基因合成技術還沒有一個統一的方法,基因合成的技能和經驗在合成過程中具有決定性的影響,所以大部分基因合成都是在專業人員手中完成的,這也決定了途徑一是主要渠道。本地基因合成一般需要參考學術文章,這方面的文章有很多。但大多隻是個別基因的合成,只具備有限的參考價值,除非是那些為了研究技術本身而作的基因合成。對於需要作本地基因合成的實驗者來說,使用“基因合成試劑盒”也許是一個好的選擇。

通過RNA提取、反轉錄等流程做出來cDNA片段是比較傳統經典的方式。但缺點是流程較長,且耗時耗力。

國外比較流行直接合成基因。其實原理是通過先合成長DNA單鏈,這些DNA單鏈存在互補配對,然後通過PCR擴增獲得完整的序列。只需要提供DNA序列便可以在1-2周拿到基因。我們實驗室是在禾船生物合成序列,還是比較方便的



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科學家已經可以用計算機設計,化學方法生產人造DNA。

生命的分子藍圖存儲在基因組內的DNA中。由DNA測序驅動的生物學數字革命使科學家能夠讀取人類及許多微生物和多細胞生物的基因組。如今,超過20萬個微生物基因組的DNA序列已存儲在數字基因組數據庫中,併成倍增加了對DNA如何編程生物系統的理解。利用這種令人難以置信的分子構建寶庫,生物工程師學會了如何對長的DNA分子進行測序和合成,並在計算機的幫助下繁殖出有用的微生物。

瑞士蘇黎世聯邦理工學院實驗系統生物學教授彼特·克里斯汀(Beat Christen)以及克里斯汀實驗室的研究人員在研究中將數字基因組設計算法與大規模化學DNA合成結合使用,以物理方式產生人工基因組並瞭解在分子水平上的生命編碼。該實驗室還使用系統和合成生物學方法來定義跨物種的必需基因,這些基因是構建微生物基因組的遺傳部分,可用於可持續化學、醫學和農業。

對DNA進行計算機設計和化學生產

該研究小組已經實際生產了世界上第一個完全由計算機生成的基因組,即Caulobacter ethensis-2.0。研究人員以天然淡水細菌為起點,計算出理想的DNA序列,用化學方法生產和構建僅由基本功能組成的最小化基因組。

在設計過程中,人工基因組中的80萬個DNA編碼中有超過六分之一被替換,整個基因組被製成一個大的環狀DNA分子。儘管尚不存在活細胞,但已經在整個基因組設計中測試了基因功能。在這些實驗中,研究人員發現680個人工基因中的大約580個具有功能,證明了產生設計基因組方法的希望。

在AAAS 2020會議“合成生物學:生命系統的數字設計”(2020年2月14日)中,克里斯汀將討論合成基因組在工業上的應用以及對健康的益處的未來應用。他還將討論在社會上需要就使用該技術的挑戰和目的進行深入討論的必要性,同時還要探討如何防止濫用的可能性。

克里斯汀教授將與華盛頓大學的戴維·貝克(David Baker)教授一起討論蛋白質設計者,蘇格蘭愛丁堡愛丁堡大學的喬伊斯·泰特(Joyce Tait)將就風險監管,不確定性和道德進行演講。


經常用了


可以,現在的問題是怎麼樣又快又準確的合成。DNA通過RNA提取、反轉錄等流程做出來cDNA片段是比較傳統經典的方式。但缺點是流程較長,且耗時耗力。

國外比較流行直接合成基因。其實原理是通過先合成長DNA單鏈,這些DNA單鏈存在互補配對,然後通過PCR擴增獲得完整的序列。只需要提供DNA序列便可以在1-2周拿到基因。


藥師郭


可以的,但是目前化學合成的效率較低,且合成的片段長度非常有限,生物實驗中多用pcr合成,需要模板鏈,可以合成幾十kb或更多,且技術比較成熟


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