“DNA存储”锻造合成生物学“底层基座”

本文转自：新华日报

华大自主研发的国内最大高通量合成平台投入使用

“DNA存储”锻造合成生物学“底层基座”

□ 本报记者 张宇熠

走进位于常州“两湖”创新区的华大工程生物学长荡湖研究所，透过防尘玻璃，记者看到国内最大的高通量合成平台已投入使用。工作人员将带有不同二维码的微型芯片依次放入合成仪中，芯片上就会“长出” DNA——按照芯片设置的预定顺序，不同种类的脱氧核糖核苷酸将自动连接为DNA链。

该平台由20余台华大自主研发的全国产化高通量合成仪组成，可实现年合成通量超百亿碱基。目前，华大基于分选芯片并行合成原理的高通量DNA合成仪已升级至第五代，在关键性能指标如错误率、合成载量方面达到国际领先水平。

自主研发设备是一场巨大的跨学科工程，华大工程生物学长荡湖研究所所长沈玥和团队仅用不到两年的时间就完成了合成仪原型机原理验证。沈玥介绍，实验人员手动操作有通量低重复性差异大等问题，难以实现高质量的批量化操作。依托高通量合成平台，实验效率、精准率大幅提升，实现了降本增效。该平台作为合成生物领域的“底层工具”，将为更复杂的研究提供技术支撑。

DNA合成是合成生物学领域的关键基础性技术。沈玥说，华大深耕基因测序领域，其“解码”DNA即“读”的能力具备世界领先优势。“写”DNA相当于重新“编码”遗传信息，让生命体和细胞行使新的功能，可以理解为，一个细胞如何生长、生成什么都是可控的。

华大展厅里，一个形似珊瑚的模型引人注目。“这是酵母的基因组染色体3D造型，它是最简单的真核单细胞模式生物。”2010年，以沈玥为代表的华大合成生物团队参加了全球合成生物学领域科学里程碑式项目——酿酒酵母基因组人工合成计划（Sc2.0）项目。去年11月，这场跨度长达13年的项目相关成果以封面专辑文章形式发表在Cell Genomics上，标志着全球首个真核生物全部染色体的从头设计与合成正式完成，为未来合成基因组学研究提供了重要参考。

作为自然界生命遗传信息的载体，DNA包含4种碱基（A/T/C/G），是一种四进制的存储介质。与传统存储方式相比，DNA可以海量、长效存储数据。研究表明，1公斤的DNA或可存储全球所有数据信息。华大依托DNA“读写”优势，延伸探索DNA存储技术。沈玥告诉记者：“把0/1二进制数据高效‘转码’为A/T/C/G四进制数据，存储起来再到读取，整个过程华大联合合作单位已实现从算法、软件到设备的技术闭环。”

合成生物学可为医药、能源、信息、农业等领域提供技术支撑，华大致力于锻造“底层学科”的“底层基座”，突破核心技术、核心装备以及核心原料等一系列“卡脖子”难题，构建起“全链条”产研模式。在沈玥看来，发展新质生产力就是要加快把前期基础建设转化成对产业端的推动力。

仅用两年时间，华大迅速布局成立了一个研发机构、一个产业公司、一个孵化器和一只基金，并采取“沿途下蛋”的产业化路线实现边研发、边结果。与研究所相隔数百米的常州新一产生命科技有限公司将于今年建成投产，投产后每年产值可超3亿元。该公司不仅是研究所的初创企业，也是华大集团在华东地区布局的重要上游核心原料生产基地。

走进新一产公司，一个个巨大的发酵罐里“酝酿”着不同蛋白原料。目前，公司已具备引物合成、高通量基因合成等多种定制化合成服务，同时具备工具酶、多肽、功能蛋白等大分子原料的规模化生产能力。华大工程生物学长荡湖研究所副所长、公司副总经理姚丽霞透露，凭借产品质量和价格优势，预计公司今年销售额将突破1.5亿元。