從3個月到1個月的極限加速

一條序列的難度，往往不取決于它的長度，而隱藏在其堿基的排列組合之中。當一條序列中充滿了“重復”的段落，它便成為了合成專家們最棘手的挑戰(zhàn)之一。

今天，我們將分享一個突破性的成功案例：面對一條長度達9kb，且被分析軟件標記為“極端復雜”的超高重復基因，我們成功地將傳統(tǒng)需要3個月的合成周期，縮短至1個月。

1.一份“極端”復雜的基因序列

我們收到了客戶提供的原始序列。經(jīng)過專業(yè)的生物信息學分析，報告上的“Extreme”和“Complex”標簽，揭示了其合成難度：

序列長度約9kb，這本身就是一個不小的規(guī)模。

最令人望而生畏的是其重復程度——系統(tǒng)中長達20個堿基的重復序列（長重復）高達293處，被標記為“Extreme”；而9個堿基的短重復序列密度也達到了65.3%，意味著序列中將近三分之二的區(qū)域都遍布著短重復。

這些數(shù)據(jù)意味著，我們面對的是一條在結構上“高度自相似”的序列，就像是要拼裝一幅由大量幾乎完全相同的天空碎片組成的巨型拼圖。

2. 從“序列優(yōu)化”到“高效合成”

面對如此挑戰(zhàn)，我們經(jīng)過兩個階段完成：

第一階段：智能設計，從源頭降低難度

我們的首要任務是對序列進行“精裝修”，但不改變其最終編碼的氨基酸序列。我們利用專有的序列優(yōu)化算法，對原始序列進行了優(yōu)化重構：

大幅削減長重復：將20nt長重復數(shù)量從 293處 顯著降低至 114處 。

優(yōu)化短重復結構：重組序列，有效分散了短重復的密度，破壞了其連續(xù)性。

優(yōu)化后的序列，雖然在功能上與原始序列完全一致，但其“可合成性”得到了質的提升，為后續(xù)的實驗室成功合成鋪平了道路。

第二階段：精準合成

在優(yōu)化序列的基礎上，我們啟動了高效的合成流程。通過分段合成、精密組裝的策略，結合嚴格的多輪質控驗證，我們確保了在每一個環(huán)節(jié)的準確無誤。最終，我們僅僅用了1個月成功合成了全長 9kb 的高重復基因，并經(jīng)測序驗證，序列完全正確，無任何突變或缺失，客戶可直接用于下游表達實驗。

3.“重復序列”為何是合成噩夢

簡單來說，重復序列就是指在DNA鏈上多次出現(xiàn)的、相同或高度相似的堿基模式。它就像一篇文章中反復出現(xiàn)的、完全相同的長句或短語。在本案例中，我們主要應對兩種類型：

短重復序列：通常指6-15個堿基的重復，它們會影響DNA合成時引物的特異性結合。

長重復序列：通常指15個堿基以上的重復，它們是基因組裝過程中最主要的“攪局者”。

為何重復序列如此難以合成？

• 引物定位錯誤，導致PCR失敗：在合成過程中，我們需要利用引物作為“定位器”來擴增或組裝DNA片段。當序列中存在大量重復時，引物無法找到唯一的位置進行結合，可能會錯誤地結合到多個相似的位點。這會導致擴增出錯誤的、長短不一的產(chǎn)物，甚至完全無法擴增目標片段。
• 組裝過程中的錯配：基因合成通常是將短片段像拼圖一樣一步步組裝起來。如果多個拼圖碎片看起來一模一樣，組裝系統(tǒng)就會“犯糊涂”，無法判斷哪一塊應該拼在哪個位置。長重復序列會導致DNA片段在組裝時發(fā)生錯配和重組錯誤，產(chǎn)生結構混亂的最終產(chǎn)物。
• 聚合酶的“打滑”現(xiàn)象：DNA聚合酶在復制重復序列時，容易發(fā)生“鏈滑動”。它可能在重復區(qū)域“迷路”，導致堿基的插入或缺失，從而引入突變，使得最終序列與設計要求不符。
• 形成復雜的二級結構：重復序列自身容易折疊形成發(fā)夾、莖環(huán)等穩(wěn)定的二級結構。這些結構會物理性地阻礙合成酶的推進，使得合成反應效率低下甚至中斷。
• 正是這些因素相互疊加，使得高重復序列的合成變得舉步維艱，通常需要反復試錯、耗時漫長。

4.以技術實力，兌現(xiàn)交付承諾

這個9kb超高重復基因項目提前交付，不僅僅是一個速度的紀錄，更是我們序列設計能力、合成平臺效率與項目執(zhí)行經(jīng)驗的集中體現(xiàn)。泓迅生物提供從密碼子優(yōu)化、基因合成到載體構建、蛋白表達與純化的全流程解決方案，保障目標蛋白的高效表達與高得率。我們致力于將“不可能”變?yōu)椤翱赡堋?，將“漫長等待”變?yōu)椤翱焖俳桓丁保⑶椅覀兂兄Z： "不表達，我買單！"

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