末端脱氧核苷酸转移酶的预催化结构

TdT，一种不依赖模板的DNA聚合酶。资料来源:Marc Delarue，改编自J. Gougeet al。J. Mol.生物学．425， 4334-4352(2013)。

几十年来，生物学家已经用化学方法构建了定制的DNA序列，用磷酸酰胺构建块复制自然碱基。但这种方法在超过200个基地后就不实用了，而且对环境有害。新的酶策略可以规避这些限制。

2018年6月，马萨诸塞州剑桥市哈佛大学的遗传学家乔治·丘奇(George Church)和他的同事报告了在酶合成DNA中编码和解码短信息的情况(李鸿章等．预印本在bioRxiv https://doi.org/c2cs;2018）;两个月后，位于加州圣地亚哥的生物技术公司Molecular Assemblies宣布了类似的成就。

今年7月，加州大学伯克利分校杰伊·科斯林的合成生物实验室的塞巴斯蒂安·帕鲁克和丹尼尔·阿洛发表了他们用来制造10碱基寡核苷酸的策略(美国Paluket al。生物科技自然》。http://doi.org/gdqkff;2018)，并成立了Ansa生物技术公司，将这种方法商业化。

今年10月，总部位于巴黎的DNA Script公司宣布，他们已经合成了150个碱基的确定序列的DNA链。Molecular Assemblies公司的首席科学官威廉·埃夫卡维奇(William Efcavitch)将这一成就称为“里程碑”。(至少还有两家公司也在追求酶的战略:Nuclera Nucleics和Evonetix，这两家公司都位于英国剑桥附近。)

酶合成的关键是末端脱氧核苷酸转移酶(TdT)，这是一种不需要模板的DNA聚合酶。“它可以在不接受指令的情况下添加核苷酸，”巴黎巴斯德研究所的结构生物学家Marc Delarue解释说，他与DNA Script合作。理论上，这种方法可以产生比化学合成更长的分子。它也更环保。

为了控制序列，开发人员必须在每一步之后停止酶。Ansa将核苷酸与酶系在一起，从而在物理上阻断DNA;其他人正在开发TdT变体和修饰的DNA碱基，作为可逆的终止器。对于基于dna的信息存储，数据在碱基之间的转换中编码，而不是在它们的精确排列中，天然酶和核苷酸可以被使用。

酶写的dna还没有商业化。在篇幅和效率上，任何已发表的策略都无法与化学合成相比。Palluk和Arlow在他们的论文中报道了97.7%的平均耦合效率;位于爱荷华州Coralville的一家DNA合成公司——集成DNA技术公司(IDT)宣称其成功率为99.5%。然而只有不到40%的分子在200个碱基上是正确的;分子越长，效率越高。

不过，位于加州旧金山的合成dna公司Twist Bioscience的首席执行官艾米丽·勒普鲁斯特(Emily Leproust)说:“有人会破解它，这对这个领域来说是件好事。”IDT的合成生物学技术总监Adam Clore认为，“商业上可行的产品”“可能还需要几年时间”。

这些产品可以填补化学无法填补的利基:长而复杂的序列——例如合成基因库——从较短的片段组装会增加显著的延迟。剑桥麻省理工学院的合成生物学家克里斯托弗·福格特(Christopher Voigt)说:“任何能够加快这一过程的技术都将非常有价值。”勒普鲁斯特说:“没有什么诺贝尔奖非得发生不可。“这只是复杂的工程。”