加快發展新質生產力·一線調研|“DNA存儲”鍛造合成生物學“底層基座”

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摘要:走進位於常州“兩湖”創新區的華大工程生物學長蕩湖研究所,透過防塵玻璃,記者看到國內最大的高通量合成平臺已投入使用。工作人員將帶有不同二維碼的微型晶片依次放入合成儀中,晶片上就會“長出”DNA——按照晶片設定的預定順序,不同種類的脫氧核糖核苷酸將自動連接為DNA鏈。該平臺由20餘臺華大自主研發的全國產化高通量合成儀組成,可實現年合成通量超百億堿基。

走進位於常州“兩湖”創新區的華大工程生物學長蕩湖研究所,透過防塵玻璃,記者看到國內最大的高通量合成平臺已投入使用。工作人員將帶有不同二維碼的微型晶片依次放入合成儀中,晶片上就會“長出”DNA——按照晶片設定的預定順序,不同種類的脫氧核糖核苷酸將自動連接為DNA鏈。

該平臺由20餘臺華大自主研發的全國產化高通量合成儀組成,可實現年合成通量超百億堿基。現時,華大基於分選晶片並行合成原理的高通量DNA合成儀已陞級至第五代,在關鍵性能指標如錯誤率、合成載量方面達到國際領先水準。

自主研發設備是一場巨大的跨學科工程,華大工程生物學長蕩湖研究所所長沈玥和團隊僅用不到兩年的時間就完成了合成儀原型機原理驗證。沈玥介紹,實驗人員手動操作有通量低重複性差异大等問題,難以實現高品質的批量化操作。依託高通量合成平臺,實驗效率、精准率大幅提升,實現了降本增效。該平臺作為合成生物領域的“底層工具”,將為更複雜的研究提供科技支撐。

DNA合成是合成生物學領域的關鍵基礎性科技。沈玥說,華大深耕基因測序領域,其“解碼”DNA即“讀”的能力具備世界領先優勢。“寫”DNA相當於重新“編碼”遺傳資訊,讓生命體和細胞行使新的功能,可以理解為,一個細胞如何生長、生成什麼都是可控的。

華大展廳裏,一個形似珊瑚的模型引人注目。“這是酵母的基因組染色體3D造型,它是最簡單的真核單細胞模式生物。”2010年,以沈玥為代表的華大合成生物團隊參加了全球合成生物學領域科學里程碑式項目——釀酒酵母基因組人工合成計劃(Sc2.0)項目。去年11月,這場跨度長達13年的項目相關成果以封面專輯文章形式發表在Cell Genomics上,標誌著全球首個真核生物全部染色體的從頭設計與合成正式完成,為未來合成基因組學研究提供了重要參攷。

作為自然界生命遺傳資訊的載體,DNA包含4種堿基(A/T/C/G),是一種四進制的存儲介質。與傳統存儲管道相比,DNA可以海量、長效存儲數據。研究表明,1公斤的DNA或可存儲全球所有數據資訊。華大依託DNA“讀寫”優勢,延伸探索DNA存儲技術。沈玥告訴記者:“把0/1二進位數據高效‘轉碼’為A/T/C/G四進制數據,存儲起來再到讀取,整個過程華大聯合合作單位已實現從算灋、軟件到設備的科技閉環。”

合成生物學可為醫藥、能源、資訊、農業等領域提供科技支撐,華大致力於鍛造“底層學科”的“底層基座”,突破核心技術、覈心裝備以及覈心原料等一系列“卡脖子”難題,構建起“全鏈條”產研模式。在沈玥看來,發展新質生產力就是要加快把前期基礎建設轉化成對產業端的推動力。

僅用兩年時間,華大迅速佈局成立了一個研發機構、一個產業公司、一個孵化器和一隻基金,並採取“沿途下蛋”的產業化路線實現邊研發、邊結果。與研究所相隔數百米的常州新一產生命科技有限公司將於今年建成投產,投產後每年產值可超3億元。該公司不僅是研究所的初創企業,也是華大集團在華東地區佈局的重要上游覈心原料生產基地。

走進新一產公司,一個個巨大的發酵罐裏“醞釀”著不同蛋白原料。現時,公司已具備引子合成、高通量基因合成等多種定制化合成服務,同時具備工具酶、多肽、功能蛋白等大分子原料的規模化生產能力。華大工程生物學長蕩湖研究所副所長、公司副總經理姚麗霞透露,憑藉產品品質和價格優勢,預計公司今年銷售額將突破1.5億元。

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