编译：Evan/郝轶飞

所有的人类都需要 DNA：每个成年男子都有差不多 260 克的人类 DNA，那里面储存着上万亿份他们的基因蓝图。但是合成生物领域工作的人们会使用更多的 DNA， 对于他们来说， DNA 是他们不可或缺的工具。根据 Touchlight 公司的估算，生物工程行业每年可以用到高达 3kg 的 DNA。

DNA 不仅是合成生物中基因回路和人造染色体的唯一语言，而且还是 mRNA 技术的模板， 例如莫德纳和辉瑞的新冠疫苗。但是研究者们还在依赖着数十年前的技术去生产基因研究最重要的一个模板，环状 DNA 质粒。质粒通常来说都是通过大肠杆菌生产的，这个过程需要严格的监测以及专业的训练。现在专家们开始担心生产 DNA 的方式将成为一个瓶颈， 特别是在合成生物技术越来越成熟同时，整个行业对于 DNA 的需求也会增长。

“我觉得这个市场受到了来自于基因和细胞疗法行业的一定的限制，因为它们也曾经是当年推动质粒 DNA 的那一群人。”， 来自于英国的 DNA 生产公司，TouchLight 的首席商务官 Tommy Duncan 说道。

但是如果说，一个 DNA 疫苗 — 一种类似于 mRNA 疫苗的技术，它们都携带着一个抗原的蓝图，但 DNA 疫苗在高温的环境下更加的稳定，如果这个疫苗被 FDA 批准了， 对于 DNA 的需求将会爆炸性的增长。“现在处于外包状态的 DNA 市场所能产出的数量远远低于这些需求” Duncan 说道。

就像是合成生物领域的很多其他方面，DNA 生产线也在寻找着下一个创新，他们希望无细胞加工能够满足日渐增长的市场需求。

全球对于 DNA 的需求很有可能会从 3kg 每年涨到 10kg 甚至是 100kg 每年。为了这种需求，DNA 生产需要在两方面入手进行改良：寡聚核苷酸的生产以及如何在一个稳定的环境下把这些寡聚核苷酸大量的复制。

现在业界生产寡聚核苷酸的标准流程是在 1980 年发明的亚磷酰胺法。这个一共有四步的方法通过和细胞相反的 3’到 5’方向去延长 DNA。固相合成，一种通过一个浸泡在试剂溶液里的不可溶的固相载体来生成 DNA 的方法，它的引入极大的提升了这个流程的效率。但是这个流程还是有致命的缺点，首先它十分的耗费能量，其次它需要用到很多有毒有害的试剂和溶剂。同时，研究者们需要等上不小的一段时间才能够拿到他们的 DNA，会极大的延缓科研的进度。

为了解决这些问题以及加快订单完成的速度，有些合成生物公司开始开发更便捷的 DNA 合成方式。DNA Script，一个专注于生命科学工具的公司，正在开发一个叫做 SYNTAX 的 DNA “打印机”， 这款 “打印机” 可以通过酶促合成在几个小时内产出的定制的寡核苷酸。

“我们开发这个和亚磷酰胺法完全不同的技术初衷很简单，我们觉得现有的这些合成方式永远都不可能让我们以高质量以及便宜的方式去高效的制造 DNA 结构。” Sylvain Gariel, DNA Script 的创始人之一，以及首席运营官说道。

Syntax 打印机有一个树脂珠组成的铺满了引发剂的底部，以及用于给寡聚核苷酸添加带有端帽的核苷酸的末端脱氧核苷酸转移酶。这个帽子可以防止错误的核苷酸被加到 DNA 链中。接着在组装完成后，这些帽子会被洗掉，然后新的核苷酸就可以被添加上去。根据成品长度的不同， 整个过程需要 6 到 13 个小时。

寡核苷酸通常被用作于聚合酶链反应（PCR）的引物， 引物是 PCR 反应的必需品，它们是短的单链 DN， 用于放大小段的 DNA。同时寡聚核苷酸也可以作为探针，去寻找互补序列，或者被用于某些癌症疗法中。

但是表达一段 DNA 所编码的基因是需要一个表达载体的。质粒是现在合成生物学领域里最常用的表达载体。但是他们的制造需要大肠杆菌，也就是说这些质粒必须包含大肠杆菌能读取的细菌序列，而且整个过程需要大型的生物反应器以及大量的营养物质去维持细胞的生命。合成生物学家们现在则想要一种不需要细胞的选项去避开这些弊端。

对于 Touchlight 来说，他们对于这个问题的答案是 dbDNA（doggybone DNA。这是一个无细胞的表达暗盒，只需要酶，核苷酸，和少数其他的材料就可以在一个生物反应袋里完成扩增。

“我们的 dbDNA 是一个线性的分子，也不包含任何细菌的片段，”Duncan 说道。通过在细胞外工作，“我们可以用更小的碳排放足迹，更加简单的设备，更快的速度去制造人造 DNA 材料。”

DNA Script 和 Touchlight 一类的公司正在尝试去解决合成生物行业对快速生产 DNA 产品的需求， 但是这些新的无细胞系统在整个行业的未来里又有多大的比重呢？

新冠疫情是行业对于 DNA 产品需求增长的一个巨大的推动力， 因为 DNA 对于新冠的诊断以及疫苗生产都是不可或缺的。在四月底，DNA Script 宣布了他们将和莫德纳公司开启合作，去共同研发一项可以为了 DNA 疫苗而快速生产寡核苷酸的平台， 他们的项目还获得了来自美国国防高级研究计划局的资金支持。

但就算在疫情以前，对于个性化医疗，例如癌症疫苗等逐渐增长的兴趣， 也增加了业界对于 DNA 的需求。

Gariel 说 DNA Script 并不认为他们的产品可以把亚磷酰胺法推下神坛，但是他们希望可以用他们的产品去代替亚磷酰胺法，被用于快速但小量的 DNA 生产。“我们的追求是在研发或者制造产品的时候需要一些定制的 DNA，或者你在治疗患者的过程中需要个体化的 DNA，大家会使用我们的产品。”

与此同时，Duncan 认为 Touchlight 公司的 dbDNA 可以在任何需要合成表达载体的情况下成为质粒的代替品。这个公司现在正在和南汉普顿大学合作去开发一种针对于头颈癌疫苗，同时也在和帝国理工大学一起开发一个新冠疫情的疫苗。

无细胞的生产方式相对于传统的细菌方式，更加的有延展性也更加的灵活。所以在新冠疫苗正在以史无前例的速度被研发和批准的同时，开发无细胞工具的科学家们也相信他们的产品可以在人类面对下一次疫情的时候，帮助人类更快的应对它们。

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