基因合成服务

背景^[1-6]

基因合成服务是在体外人为地利用酶学方法或化学方法合成目的基因。可分为两类。①酶学法合成：以RNA为模板，通过逆转录合成cDNA。这是获得真核结构基因的最主要、最常用的方法。由于分离RNA单一组分很困难，所以合成的cDNA分子往往是混杂的，需要用基因分离法分离;这种方法不易得到全长的互补DNA分子，所以还要进一步剪切、拼接。②化学合成法：用化学法或化学法结合酶学法来合成目的基因。在化学法中采用过磷酸二酯法，磷酸三酯法，亚磷酸三酯法，以及在后两种方法的基础上建立起来的固相合成和自动化方法，固相合成法是目前最常用的方法。

现在已有核酸合成仪。用这种仪器合成的DNA链一般能达到20个核苷酸左右，通过拼接可得到较长的片段。人工合成基因的优越之处在于合成的随意性。可根据需要来合成基因，并可以任意增加、减少或变更基因中的一个或几个核苷酸。

基因合成方法:

1.固相合成

传统的寡核苷酸合成使用的是使用微升体积的溶液在小柱上进行合成。寡核苷酸合成通过在合成链的末端逐个添加核苷酸单体。每个寡核酸的合成包含了四个步骤：脱保护、偶联、封闭和氧化。序列的完整性和合成的生产力阻碍了产品长度长于200bp，因此这个方法普遍限制了DNA序列的长度。这种方法最主要的优势是有很高的准确性，这也让人们接受了这种方法的高成本和低输出。

2.芯片DNA合成

顾名思义，芯片DNA合成就是利用微阵列芯片利用一系列电化学技术合成DNA的技术。不同种类的核苷酸能够在芯片的不同的特定位置被合成出来，被称为寡核酸池。遵循着这个分段合成方法，基因片段在寡核酸池中被扩增，接下来聚合以及组装到已经完成的产品中。芯片DNA合成方法比固相合成更加的便宜，能够产生更大数量的目标基因，但是这种方法的准确性并能与其相比。

3.PCR合成

PCR方法产生的基因片段可以通过各种细胞系统来完成。例如，使用酵母系统，通过使用不同切口标记酶和标签，不同的基因能够被添加到酵母的染色体上。由于其具有能够在目标基因组上插入基因的特质，因此在染色体可以容纳的程度下，没有长度的限制。这种方法在合成长基因片段时有较好的的效果，在细胞系统的帮助下，基因序列的准确性能够得到保证。

应用^[7][8]

基因合成服务可用于基因或蛋白在疾病中研究：

在人源S100A1和S100B全基因合成、表达、单抗制备及其活性分析研究中S100基因或蛋白在很多疾病中表达异常,如阿希海默病、银屑病、胆囊纤维化、肌萎缩性(脊髓)侧索硬化、心肌病和癌症等,而且与疾病的分期和预后密切相关。目前,S100蛋白家族在肿瘤发生发展中的作用尚不明确。但已有研究提示,S100蛋白家族通过调节信号通路影响肿瘤发生发展。

S100蛋白家族成员在多种肿瘤组织中高表达,其抗体在肿瘤的诊断和治疗中具有很重要的潜在作用和意义。S100A1和S100B蛋白是最早被发现的S100蛋白家族成员。S100A1蛋白的表达有高度的组织特异性和细胞特异性,在骨骼肌中很少表达,而在健康心肌细胞中则大量表达。心力衰竭时S100A1表达下降,增加S100A1的表达能改善心肌细胞内Ca2+转运的动态平衡,抑制心肌细胞凋亡,改善心肌能量供应,影响心脏重构,从而改善心肌收缩、舒张功能,抑制和逆转心力衰竭的进展。

S100A1可与其它S100家族成员如S100A4共同作用,影响肿瘤的浸润、侵袭和转移。此外,它还参与细胞糖代谢,与细胞骨架动力学组成相关,通过与G蛋白作用调控cAMP的信号传导途径,参与细胞增殖相关的钙信号传导过程。

参考文献

[1]Targeting Myocardialβ-Adrenergic Receptor Signaling and Calcium Cycling for Heart Failure Gene Therapy[J].Sven T.Pleger,Matthieu Boucher,Patrick Most,Walter J.Koch.Journal of Cardiac Failure.2007(5)

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[3]Stable Myocardial-Specific AAV6-S100A1 Gene Therapy Results in Chronic Functional Heart Failure Rescue[J].Sven T.Pleger,Patrick Most,Matthieu Boucher,Stephen Soltys,J Kurt Chuprun,Wiebke Pleger,Erhe Gao,Abhijit Dasgupta,Giuseppe Rengo,Andrew Remppis,Hugo A.Katus,Andrea D.Eckhart,Joseph E.Rabinowitz,Walter J.Koch.Circulation.2007(19)

[4]Cardiac S100A1 Protein Levels Determine Contractile Performance and Propensity Toward Heart Failure After Myocardial Infarction[J].Circulation.2006(12)

[5]Active secretion of S100B from astrocytes during metabolic stress[J].Neuroscience.2006(4)

[6]The Three-dimensional Solution Structure of Ca 2+-bound S100A1 as Determined by NMR Spectroscopy[J].Nathan T.Wright,Kristen M.Varney,Karen C.Ellis,Joseph Markowitz,Rossitza K.Gitti,Danna B.Zimmer,David J.Weber.Journal of Molecular Biology.2005(2)

[7]S100A1 increases the gain of excitation–contraction coupling in isolated rabbit ventricular cardiomyocytes[J].S.Kettlewell,P.Most,S.Currie,W.J.Koch,G.L.Smith.Journal of Molecular and Cellular Cardiology.2005(6)

[8]刘子泉.人源S100A1和S100B全基因合成、表达、单抗制备及其活性分析[D].中国人民解放军军事医学科学院,2011.