基因合成：5 种不同的方法和应用

化学基因生产或合成是现代分子生物学的重要支柱，有助于产生完整的天然基因和新基因（那些不是自然发生的基因）。此外，该过程是产生整个基因组（活细胞中存在的完整遗传指令集）的基础。

基因合成的进步意味着感兴趣的各方可以使用多种基因生产方法。然而，每种方法都有其特定的应用，合成特定的基因，并且一种技术不能替代另一种技术。因此，下面概述了常见的基因合成技术及其特点，以指导您针对不同项目的方法选择。

基因合成方案？

合成基因生产是一个逐步的过程，可以在不依赖 DNA 模板的情况下促进基因和其他基因产物的生产。因此，它有利于多种基因的产生，包括具有修饰序列或碱基对的定制基因。

如上所述，生物技术的进步意味着存在多种合成基因生产技术。然而，所有这些技术都借鉴了生物体的天然基因生产过程作为化学基因生产的基础，并进行了一些细微的修改。

因此，了解基本的基因合成过程有助于理解基因合成技术之间的细微差别。以下是基因合成所涉及步骤的概述。

寡核苷酸合成

寡核苷酸是短核酸（DNA 或 RNA）链，可作为任何基因产品生产（包括肽和蛋白质合成）的构建模块。不同的基因合成方法采用不同的试剂和技术来启动寡核苷酸合成。然而，在所有方法中，该过程都朝着 3' 到 5' 的方向移动。

寡核苷酸退火

退火需要加热寡核苷酸等分子，然后逐渐冷却它们以促进杂交或两个分子之间化学键的形成。不同的基因合成方法采用独特的消灭技术来形成完整的基因序列。

基因序列克隆

克隆需要使用克隆载体复制新形成的基因序列的副本。

克隆筛选

基因合成并不是一个完美的过程。因此，有必要进行克隆筛选来鉴定克隆内的靶基因。流行的筛选工具包括 ELISA 试剂盒和色谱法。

序列分析和纠错

除了识别目标基因外，还需要对序列中的碱基对进行彻底分析。此外，纠正复制错误（例如碱基删除和替换）的纠正措施可确保理想的质粒放置。

方法与应用

以下是最流行的基因合成方法和应用的概述。

1. 固相合成

固相合成是一种经典的基因合成方法，需要使用化学修饰的核苷，包括锁核酸（LNA）来合成目标寡核苷酸。含有去封闭酸的试剂柱容纳核苷，随着后续核苷的去保护，逐渐形成寡核苷酸链。

酶促组装过程需要对核苷进行去封闭（去保护），然后进行偶联、加帽和氧化，以从新形成的寡核苷酸形成基因序列。固相合成是一个全自动过程，研究人员最后收集基因。其优点包括非常高的基因序列准确性。  

然而，脱保护过程增加了副反应的机会，并且风险随着长度的增加而增加。因此，固相合成仅产生长度为 15-25 个碱基的基因（最多 200 个核苷酸残基）。这些基因在分子生物学和医学中具有应用，包括作为蛋白质合成中的反义或作为检测互补遗传物质的探针。

2. 基于芯片的DNA合成

基于芯片的DNA合成是下一代基因合成过程。与化学过程的固相合成不同，基于芯片的合成是电化学过程。

该方法利用配备温度控制的微阵列半导体芯片在一种设置内产生多种寡核苷酸。基于芯片的合成通过创建称为虚拟井/岛的温度控制区域来补充传统的亚磷酰胺循环化学过程，从而促进选择性。

此外，它有利于寡核苷酸组装过程中的错误检测和纠正，并且不需要单独的序列分析和错误纠正阶段。基于芯片的合成的优点包括高通量和生成具有更长碱基对的基因片段的能力。该技术为需要高目标 DNA 体积和低准确度的应用生成基因序列。

3. 基于 PCR 的酶合成

PCR（聚合酶链式反应）基因合成是一种经典过程，利用引物分两个阶段产生数百万个基因片段。第一阶段是通过自引发链式反应组装重叠的核苷酸，生成覆盖整个序列的 60bp 寡核苷酸。

其次，随后的 PCR 反应生成 400-500bp 长的 DNA 片段。额外的引物可扩增目标 DNA 片段。该方法非常适合需要高精度、长基因片段的应用。

4. 从阵列衍生的寡核苷酸池中合成基因

由于其试剂消耗量低，阵列衍生的基因合成可以说是最经济实惠的基因生产过程。其次，该方法具有多重能力，可产生数千至数万个寡核苷酸序列。

然而，虽然多样化的寡核苷酸序列是一个优点，但由于序列同源性，将寡核苷酸组装成可行的基因片段具有挑战性。因此，该方法非常适合需要少得多的基因片段的定制基因合成过程。

5. 液相基因合成

液相基因合成也是一种经典技术，在许多方面与固相合成相似。然而，与固相合成不同，寡核苷酸的生成发生在溶液中而不是柱支撑中。此外，液相基因合成具有较低的侧链反应风险，并且可以以最小的错误生成长 DNA 片段，尽管速度较慢。

结论

基因合成技术不断发展，以满足对高质量基因、成本效益和可扩展性不断增长的需求。上面强调的方法是主要的基因生产方法，您可以咨询您的服务提供商，了解适合您的项目和预算的理想方法。

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