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让细菌“改邪归正”,新技术把插入DNA的速度提高1万倍
来源:凤凰科技   发布者:尹海华   日期:2017-09-21   今日/总浏览:8/889

研究人员经常会用工程方法改造细菌或者酵母,例如,研究人员创造的细菌可以吞食塑料垃圾、制作生物燃料或者胰岛素,有时他们创造的酵母能够生成牛奶或者奶酪,在实验室就可以生成,不需要牛;要改造小细菌或者酵母,当中有一个步骤很麻烦:将新的DNA放进细胞。

如果某个特殊物种之前没有用工程技术改造过,如何让它的细胞接受DNA呢?解决此问题往往需要几个月甚至几年的时间。事实上,插入DNA的工作相当乏味。一般来说,研究人员会用手动方式操作,通过吸移管将一个细胞样本放进小室,小室里面已经插入了DNA,一次只能移一个,研究人员要从几百万甚至几十亿个细胞中仔细寻找,直到获得最满意的结果。MIT一家创业公司现在开发出新技术,可以让寻找的速度提高1万倍。

研究人员制作一个流体通道,宽度和头发丝差不多,通道中间比较狭窄,研究人员将通道放在吸移管尖端。当细胞以流动方式穿过通道,电荷会在细胞上开孔,这样就可以将DNA放进中央。因为通道的形状比较特殊,电荷处在最高位的时间会极力缩短,这样一来细胞不会严重损坏,处理之后仍然可以生存下去。

如果使用目前已有的技术,一次只能处理一个细胞样本,有些人一小时之内能处理50个样本。新系统一次可以处理96个甚至更多样本,每个样本有一百万个细胞,几分钟就可以生成几十亿个新变体。正因如此,一小时之内,新技术的处理数量和旧系统一年的处理数量差不多。

Ginkgo Bioworks用细菌制作香水、调料及其它产品,公司创始人Barry Canton说:“在基因工程领域,如果只是坐在电脑前,输入DNA代码,然后就能得到自己想要的结果,这种好事不太可能发生……我们要做的就是尝试一些设计,看看它们的表现如何,然后不断重复,直到找到自己想要的,这是一种方法;还有另一种方法,从一开始就制定10000种不同的设计,尝试所有的设计,快速找到哪个可用。”Gingko建有庞大的研究设施,里面到处是机器人,有了新技术的帮助它可以加速研究;如果是一般的实验室,新技术带来的变化尤其巨大。

如果使用新技术,与以前相比,能够处理的细菌或者酵母种类更多,因为新技术解决了另一个难题:创造有利条件,让特定种类的细菌或者酵母接受DNA。照估计,细菌的种类有几百万种,Kytopen创始人说,科学家社区只能栽培或者获取其中的1%,至于用基因工程加工的种类就更少了。

如果研究人员能够用工程方法进入之前不能进入的种类,也许可以找到新的解决方案。Kytopen联合创始人、MIT机械工程副教授Cullen Buie说:“这些有机体也许可以创造出新的治疗蛋白质,或者孕育出抗生素、生成酶,用于食物生产和生物燃料制作。在生物领域有无穷的可能性,只是因为我们无法进入所以不知道。”

技术会带来怎样的影响?Buie认为很难预测。他说:“如果处理的速度快了很多,人们就会问一些新问题,之前因为任务太繁重,大家不能研究这些问题。总之,这是一门作用极大的技术。我们没有吹捧的意思,真不希望大家有这样的感觉,如果你能在一小时之内将一年的工作做完,那肯定会给研究工作带来巨大的变化。”

Kytopen拿到了The Engine的投资,The Engine是MIT成立一个加速器项目,它向出色的创意提供资金支持,这些创意可能很难从VC公司手中拿到资金。Kytopen是The Engine首批投资项目中的一个,它还向Analytical Space和iSee投资。Analytical Space开发系统,从太空传输高速数据;iSee为人机协作开发下一代AI。Buie说:“如果没有The Engine,像我们这样的技术可能会陷入危险境地,它不再是基础研究(科学方面的研究已经做完了),不是软件,也不是目前VC公司愿意投资的其它领域。如果这样的技术中途夭折,真是一件很可惜的事,的确有许多技术不幸死亡。”


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