北京2024年11月21日 /美通社/ — 在前篇文章中，给大家深入介绍了擎科基因工厂的自研合成原料与合成仪，揭示了擎科生物如何突破技术壁垒，打造全自主的基因合成产业链。
今天，本篇将继续带您走进擎科基因工厂，详细探讨擎科生物在Oligo合成等方面的技术优势，以及如何通过精密控制和智能化平台，实现基因合成高效交付的背后秘密。通过技术升级与质量管理，擎科生物不仅为客户提供了可靠的产品质量保障，还为广泛应用领域的发展提供强有力的支持。
高效率和高准确度的Oligo合成
寡核苷酸（Oligo）合成是基因合成的基础模块。在基因合成过程中，短链寡核苷酸片段首先被合成，然后通过拼接和延长构建出完整的基因序列。Oligo合成不仅对基因合成至关重要，还涵盖了DNA和RNA的合成，以及修饰寡核苷酸的合成。这些合成在分子生物学、基因治疗、诊断和药物开发等领域发挥着关键作用。
图1.擎科生物Oligo合成类型及应用场景
- 合成效率和合成长度
Oligo合成通常采用化学合成固相亚磷酸三酯法，通过每个【脱保护，偶联，加帽，氧化】的循环逐个加入核苷酸单元，每一步反应效率都不能达到100%，且该过程会随着引物长度的增加而变得复杂。每轮寡核苷酸的合成效率都会影响最终的总合成效率。随着合成长度越长，总合成效率会降低，即使每个合成周期的效率高，但当链长增加到一定程度时，产物中的目标序列占比会显著降低。假设每步反应效率是98%，合成100 nt长度时，产物中的目标序列占比降至13.26%（98%的100次方），且较难纯化出目标的Oligo。而且较长的链会增加内部错误配率对和二级结构形成的可能性，这也将导致合成效率下降和错误率上升。
引物合成的耦合效率高低与多种因素相关，包括人员专业性、机器先进性、原料稳定性、规章制度的精细性以及环境控制的严格性。2024年年初擎科生物从”人机料法环”5个方面进行了全面升级，并严格执行周期质量跟踪。擎科生物Oligo合成每步耦合效率高达99.5%，这为总效率提供了保障，合成长度可达200 nt。
- 合成纯度
纯度指目标序列占全部序列的百分比，Oligo的纯度对于确保实验的准确性和可靠性至关重要。从实验的准确度来说，Oligo的纯度越高，实验结果通常越可靠。但在实际应用中，综合考虑成本、时间和实验需求，合理选择纯度是关键。常见的纯化方式有DSL 纯化、OPC 纯化、PAGE 纯化、HPLC 纯化等。擎科生物子公司梓熙生物是业内为数不多支持CE检测的企业，精度可达1 nt的分辨率。
图2.擎科生物纯化级别推荐表
- 合成修饰
为了提高Oligo在不同应用场景下的稳定性、细胞摄取效率以及特定实验的灵敏度和特异性，可以进行核苷酸变体、荧光基团、淬灭基团、化学连接基团、生物素等不同修饰。
擎科生物子公司梓熙生物，在北京和苏州布局了高质量修饰引物/探针的生产工厂，可提供百余种修饰基团，客户可根据需要进行选择，修饰位置包括5’端修饰、3’端修饰、双标修饰、中间修饰与核苷酸碱基修饰，按照功能可划分为以下几类：
图3.Oligo修饰类型功能分类
图4.擎科生物荧光修饰稳定性测试（4℃/60℃ 70小时）
擎科生物具备卓越的Oligo合成能力，不仅显著提升了基因合成的成功率和成本控制，还为mRNA疫苗研发、抗体药物制备、基因编辑、分子诊断及基础科研等领域提供了高品质的Oligo产品，为各领域客户的研究和开发提供了有力支持。同时不断优化流程与配送时效，全国20个合成基地附近均可提供次日早晨送达服务，部分基地快至当日达。
从PCR到基因组装：揭示合成关键步骤与精准验证
由于寡核苷酸从头合成长度的限制，通常采用DNA组装技术、使用短寡核苷酸作为原料来构建更长的合成片段。常用的组装方法包括全片段酶促连接法和酶促填充法。全片段酶促连接法利用DNA连接酶将具有5’磷酸化且重叠互补的寡核苷酸片段连接形成双链DNA。酶促填充法基于聚合酶循环组装（Polymerase Cycling Assembly，PCA）技术，使用DNA聚合酶将重叠的寡核苷酸延伸成双链片段，通过overlap PCR获取较长片段，然后将各片段一起组装至载体上，最终构建出完整载体。
图5.擎科生物基因合成流程图
擎科生物的基因合成智能化生产平台专注于1.5 kb以内短片段的自动化生产，能够有效减少人工操作失误并显著提高生产效率。客户可根据不同应用需求选择合适的载体骨架。公司已经建立了一个精准规范的载体库，提供160多个免费载体供选择，并可按需制备合格的线性化载体。同时，擎科生物还为客户自备的载体提供NGS测序验证，确保载体序列的准确性，并提供一年的免费存储服务，方便后续使用。
为保证高效且高质量的基因合成过程，擎科生物自主研发了高品质的重组酶、聚合酶和感受态细胞，这些都是保证载体构建及PCR片段连接反应顺利进行的关键试剂。全流程的试剂控制确保每个环节的质量。
在自动化生产过程中，载体与PCR片段的连接反应由自动移液工作站完成，复苏液通过自动涂布仪进行样品涂布，随后利用全自动菌落挑选仪筛选阳性克隆。整个过程支持二维码和条形码管理，大幅提高了生产效率，减少了人工失误。
擎科生物还采用了自主开发的”磁珠法测序平台”进行Sanger测序，确保目的序列的100%准确性。此外，创新性的Fast NGS技术用于NGS测序，进一步保障了全质粒序列的精准度。通过智能化生产线的全程控制，从自动化序列分析到筛选、测序和质检，每一环节都经过严格把控，确保基因合成的高效率和高质量。最终，擎科生物的基因合成交付率超过99.5%，最快可在3天内完成交付。
在对擎科基因工厂的探秘之旅中，我们深入探讨了擎科基因工厂的核心组成部分，从自研的高质量合成原料到创新的合成仪设备，再到高效精准的合成技术与流程控制，每一环节都为推动基因合成技术的快速发展奠定了坚实基础。通过这些创新，擎科生物不仅打破了技术壁垒，建立起全自主的产业链，还在提高核酸合成效率、合成规模的同时，保证了产品的高质量和高交付速度。
随着基因合成技术的不断进步，我们可以预见未来生物医药、基因治疗、精准医疗等多个领域都会发生前所未有的变革。擎科生物在这场技术革命中，将为相关产业注入了强劲的动力。未来，擎科生物将继续发挥创新优势，推动基因合成技术的发展，为全球生物产业带来更多突破。