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新技術把細菌插入DNA的速度提高1萬倍

時間:2017-9-22閱讀:183
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研究人員經常會用工程方法改造細菌或者酵母,例如,研究人員創造的細菌可以吞食塑料垃圾、制作生物燃料或者胰島素,有時他們創造的酵母能夠生成牛奶或者奶酪,在實驗室就可以生成,不需要牛;要改造小細菌或者酵母,當中有一個步驟很麻煩:將新的 DNA 放進細胞。

如果某個特殊物種之前沒有用工程技術改造過,如何讓它的細胞接受 DNA 呢?解決此問題往往需要幾個月甚至幾年的時間。事實上,插入 DNA 的工作相當乏味。一般來說,研究人員會用手動方式操作,通過吸移管將一個細胞樣本放進小室,小室里面已經插入了 DNA,一次只能移一個,研究人員要從幾百萬甚至幾十億個細胞中仔細尋找,直到獲得zui滿意的結果。MIT 一家創業公司現在開發出新技術,可以讓尋找的速度提高 1 萬倍。

 

這家創業公司名叫 Kytopen,Paulo Garcia 是公司的聯合創始人,他還是 MIT 的研究科學家,Paulo Garcia 說:“在 DNA 編寫與閱讀方面技術的進步速度很快,分析序列數據的技術也有了很大的突破。然而當我們將 DNA 放進細胞時卻碰到了瓶頸。”

研究人員制作一個流體通道,寬度和頭發絲差不多,通道中間比較狹窄,研究人員將通道放在吸移管。當細胞以流動方式穿過通道,電荷會在細胞上開孔,這樣就可以將 DNA 放進。因為通道的形狀比較特殊,電荷處在zui高位的時間會極力縮短,這樣一來細胞不會嚴重損壞,處理之后仍然可以生存下去。

如果使用目前已有的技術,一次只能處理一個細胞樣本,有些人一小時之內能處理 50 個樣本。新系統一次可以處理 96 個甚至更多樣本,每個樣本有一百萬個細胞,幾分鐘就可以生成幾十億個新變體。正因如此,一小時之內,新技術的處理數量和舊系統一年的處理數量差不多。

Ginkgo Bioworks 用細菌制作香水、調料及其它產品,公司創始人 Barry Canton 說:“在基因工程領域,如果只是坐在電腦前,輸入 DNA 代碼,然后就能得到自己想要的結果,這種好事不太可能發生……我們要做的就是嘗試一些設計,看看它們的表現如何,然后不斷重復,直到找到自己想要的,這是一種方法;還有另一種方法,從一開始就制定 10000 種不同的設計,嘗試所有的設計,快速找到哪個可用。”Gingko 建有龐大的研究設施,里面到處是機器人,有了新技術的幫助它可以加速研究;如果是一般的實驗室,新技術帶來的變化尤其巨大。

如果使用新技術,與以前相比,能夠處理的細菌或者酵母種類更多,因為新技術解決了另一個難題:創造有利條件,讓特定種類的細菌或者酵母接受 DNA。照估計,細菌的種類有幾百萬種,Kytopen 創始人說,科學家社區只能栽培或者獲取其中的 1%,至于用基因工程加工的種類就更少了。

如果研究人員能夠用工程方法進入之前不能進入的種類,也許可以找到新的解決方案。Kytopen 聯合創始人、MIT 機械工程副教授 Cullen Buie 說:“這些有機體也許可以創造出新的治療蛋白質,或者孕育出抗生素、生成酶,用于食物生產和生物燃料制作。在生物領域有無窮的可能性,只是因為我們無法進入所以不知道。”

技術會帶來怎樣的影響?Buie 認為很難預測。他說:“如果處理的速度快了很多,人們就會問一些新問題,之前因為任務太繁重,大家不能研究這些問題。總之,這是一門作用極大的技術。我們沒有吹捧的意思,真不希望大家有這樣的感覺,如果你能在一小時之內將一年的工作做完,那肯定會給研究工作帶來巨大的變化。”

Kytopen 拿到了 The Engine 的投資,The Engine 是 MIT 成立一個加速器項目,它向出色的創意提供資金支持,這些創意可能很難從 VC 公司手中拿到資金。Kytopen 是 The Engine *投資項目中的一個,它還向 Analytical Space 和 iSee 投資。Analytical Space 開發系統,從太空傳輸高速數據;iSee 為人機協作開發下一代 AI。Buie 說:“如果沒有 The Engine,像我們這樣的技術可能會陷入危險境地,它不再是基礎研究(科學方面的研究已經做完了),不是軟件,也不是目前 VC 公司愿意投資的其它領域。如果這樣的技術中途夭折,真是一件很可惜的事,的確有許多技術不幸死亡。”

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