科研进展
首页  科学研究  科研进展

Angew. Chem.丨顾宏周课题组开发PECAN技术实现无疤痕裁剪、自由制备任意序列DNA

发表时间:2022-11-12  |  阅读次数:10次  |  字体大小 [ ]

 DNA是生物、医学、信息等多学科的底层研究材料。近年来,生物技术和信息技术的快速发展及交叉融合,对人工合成的DNA材料提出了更高的要求。然而,现有的DNA制备技术难以从纯度、产量、长度和序列自定义等方面满足科研及商业需求。

2022年11月8日,我院顾宏周(现任职于上海交通大学)团队在Angewandte Chemie(《德国应用化学》)期刊上发表了题为Catalytic DNA-Assisted Mass Production of Arbitrary Single-Stranded DNA的研究论文,基于两类自驱动DNA酶(DNAzyme)和噬菌体扩增,开发配对式末端特异自我水解切割的PECAN(paired-end cutting assisted by DNAzymes)技术,实现了单碱基精度的任意长度、任意序列DNA的大规模制备。该团队同时展示了PECAN法制备的高品质DNA序列在RNA原位检测、基因编辑和DNA信息存储等多个领域的应用优势。

 基于重组噬菌粒的生物放大法可产生大量前体单链DNA。已有研究表明,自切割型DNA酶(如I-R3)可代替限制性内切酶(蛋白酶),对前体进行自驱动式裁剪,从而显著降低目标DNA序列的制备成本,并达成大规模生产。然而,现有的DNA酶在切割位点处具有数个保守碱基,导致自我裁剪后获得的单链DNA在末端含有保守(疤痕)序列,限制了其在下游的应用。

本工作中,研究人员通过定点突变、退化再进化等方式进行体外筛选优化,获得了两类分别在切割位点上游(II-R2/3)或下游(13PD1)具备序列通用性的DNA酶,并进一步地以配对组合使用的方式(PECAN)克服了此前DNA酶辅助制备单链DNA序列存在的疤痕瓶颈。研究人员展示了PECAN技术可制备出纯度高达98.5%、长度接近上万碱基、成本低于化学合成3-4个数量级、产量可至克-公斤级的单链DNA序列。

 研究人员在多个新兴领域对PECAN DNA进行了示范性应用,例如:1)制备了DNA锁式探针,应用于细胞和病理切片中的 RNA 原位检测。与化学合成的DNA探针相比,PECAN法制备的DNA探针具有更高效的检测效率;2)制备了可用作基因敲入的单链DNA模板,实现了效率高、脱靶率低的基因敲入;3)制备了长度接近上万碱基的长单链DNA,应用于DNA信息存储,有效克服当前围绕寡核苷酸DNA序列进行信息存储所普遍存在的高冗余度瓶颈。

 综上,该工作实现了序列完全自定义单链DNA的高效制备,其低成本、高纯度、高产量、可扩展的优势有望满足不同研究领域对DNA的制备需求,促进更多下游应用的诞生和发展。

据悉,复旦大学生物医学研究院博士生张俏、博士后夏凯、华侨大学医学院研究生姜萌为本文的共同第一作者,顾宏周研究员为本文的通讯作者。

原文链接:https://doi.org/10.1002/ange.202212011




Top