基因合成是以化學合成鹼基對的方式合成預設的基因序列,包含不存在於自然中的序列。相較於傳統獲得基因序列的方式,需要經由分生選殖(molecular cloning)和聚合酶連鎖反應 (polymerase chain reaction, PCR) 從現有的 DNA 模板中擴增,基因合成不再侷限於傳統技術,可以從無到有合成出重組的基因序列。
一般基因合成是使用亞磷醯胺合成法 (phosphoramidite chemistry),目前較新的合成技術則與微流體 (microfluidics) 或微陣列 (microarray) 結合,使高通量基因合成更加快速。因為受限於化學反應的效率,能合成的基因片段無法太長。長片段序列無法一次完成合成,需要透過基因片段組裝而成,以下有幾種方法:
1. Polymerase chain assembly (PCA)
又稱為無模板 (template) 的PCR,相鄰的單鏈寡核苷酸兩端有一部分是重疊的互補序列,
互補序列反覆與彼此連接並延長,最後利用頭尾的寡核苷酸進行 PCR 反應擴增全長產物。
2. Ligase Chain Reaction (LCR)
與 PCA 方法相似,使用聚合酶擴增序列長度,再使用連接酶將擴增的序列片段連接起來。
基因合成可應用於製造難以選殖的基因或大型基因,還可以透過優化密碼子提高目標蛋白質表現量,可用於生物研究、藥物開發、解決環保、糧食供應等問題。
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