从3个月到1个月的极限加速

一条序列的难度，往往不取决于它的长度，而隐藏在其碱基的排列组合之中。当一条序列中充满了“重复”的段落，它便成为了合成专家们最棘手的挑战之一。

今天，我们将分享一个突破性的成功案例：面对一条长度达9kb，且被分析软件标记为“极端复杂”的超高重复基因，我们成功地将传统需要3个月的合成周期，缩短至1个月。

1.一份“极端”复杂的基因序列

我们收到了客户提供的原始序列。经过专业的生物信息学分析，报告上的“Extreme”和“Complex”标签，揭示了其合成难度：

序列长度约9kb，这本身就是一个不小的规模。

最令人望而生畏的是其重复程度——系统中长达20个碱基的重复序列（长重复）高达293处，被标记为“Extreme”；而9个碱基的短重复序列密度也达到了65.3%，意味着序列中将近三分之二的区域都遍布着短重复。

这些数据意味着，我们面对的是一条在结构上“高度自相似”的序列，就像是要拼装一幅由大量几乎完全相同的天空碎片组成的巨型拼图。

2. 从“序列优化”到“高效合成”

面对如此挑战，我们经过两个阶段完成：

第一阶段：智能设计，从源头降低难度

我们的首要任务是对序列进行“精装修”，但不改变其最终编码的氨基酸序列。我们利用专有的序列优化算法，对原始序列进行了优化重构：

大幅削减长重复：将20nt长重复数量从 293处 显著降低至 114处 。

优化短重复结构：重组序列，有效分散了短重复的密度，破坏了其连续性。

优化后的序列，虽然在功能上与原始序列完全一致，但其“可合成性”得到了质的提升，为后续的实验室成功合成铺平了道路。

第二阶段：精准合成

在优化序列的基础上，我们启动了高效的合成流程。通过分段合成、精密组装的策略，结合严格的多轮质控验证，我们确保了在每一个环节的准确无误。最终，我们仅仅用了1个月成功合成了全长 9kb 的高重复基因，并经测序验证，序列完全正确，无任何突变或缺失，客户可直接用于下游表达实验。

3.“重复序列”为何是合成噩梦

简单来说，重复序列就是指在DNA链上多次出现的、相同或高度相似的碱基模式。它就像一篇文章中反复出现的、完全相同的长句或短语。在本案例中，我们主要应对两种类型：

短重复序列：通常指6-15个碱基的重复，它们会影响DNA合成时引物的特异性结合。

长重复序列：通常指15个碱基以上的重复，它们是基因组装过程中最主要的“搅局者”。

为何重复序列如此难以合成？

• 引物定位错误，导致PCR失败：在合成过程中，我们需要利用引物作为“定位器”来扩增或组装DNA片段。当序列中存在大量重复时，引物无法找到唯一的位置进行结合，可能会错误地结合到多个相似的位点。这会导致扩增出错误的、长短不一的产物，甚至完全无法扩增目标片段。
• 组装过程中的错配：基因合成通常是将短片段像拼图一样一步步组装起来。如果多个拼图碎片看起来一模一样，组装系统就会“犯糊涂”，无法判断哪一块应该拼在哪个位置。长重复序列会导致DNA片段在组装时发生错配和重组错误，产生结构混乱的最终产物。
• 聚合酶的“打滑”现象：DNA聚合酶在复制重复序列时，容易发生“链滑动”。它可能在重复区域“迷路”，导致碱基的插入或缺失，从而引入突变，使得最终序列与设计要求不符。
• 形成复杂的二级结构：重复序列自身容易折叠形成发夹、茎环等稳定的二级结构。这些结构会物理性地阻碍合成酶的推进，使得合成反应效率低下甚至中断。
• 正是这些因素相互叠加，使得高重复序列的合成变得举步维艰，通常需要反复试错、耗时漫长。

4.以技术实力，兑现交付承诺

这个9kb超高重复基因项目提前交付，不仅仅是一个速度的纪录，更是我们序列设计能力、合成平台效率与项目执行经验的集中体现。泓迅生物提供从密码子优化、基因合成到载体构建、蛋白表达与纯化的全流程解决方案，保障目标蛋白的高效表达与高得率。我们致力于将“不可能”变为“可能”，将“漫长等待”变为“快速交付”，并且我们承诺： "不表达，我买单！"

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