高通量筛选用DNA文库(如sgRNA文库)的DNA合成通常采用哪种技术路线?如何平衡DNA合成的成本与文库多样性?
高通量筛选用DNA文库(如sgRNA文库)的DNA合成通常采用高通量原位DNA合成技术路线,主要包括光化学法、电化学法和微液滴法。具体如下:
光化学法:以光做为反应开关,利用多组光掩模遮挡紫外光,使得芯片不同局部在不同时间经光催化产酸,脱去DNA单体的保护基,从而连接上不同的DNA单体。但光催化反应效率稍差,难以获得很长的DNA链,除固相杂交基因芯片外,目前应用较少。
电化学法:以电流为反应开关,其芯片上集成了高密度的电极阵列,每个电极可以独立控制,电极通电时可产酸,脱去DNA单体的保护基,连接DNA单体。该方法合成DNA质量优于光化学法,但合成时芯片全部浸泡在反应液中,局部产生的酸仍有可能因为扩散而影响相邻区域,实际效率不如微液滴法。
微液滴法:使用特殊设计的微液滴发生装置在芯片上产生微小液滴,通过空间隔离方式来控制反应。每个反应位点可以按需在不同的时间点提供反应液的微液滴,故而每个反应位点之间都是物理隔离的,不存在交叉污染的可能性。这种高通量合成方法制备的DNA质量最好,目前应用最为广泛。
在平衡DNA合成的成本与文库多样性方面,可以考虑以下策略:
优化文库设计:合理设计sgRNA文库,减少不必要的序列多样性。例如,针对每个基因设计适量的sgRNA,一般每个基因设计4-6条sgRNA即可满足大多数筛选需求,避免设计过多冗余的sgRNA增加合成成本。同时,通过生物信息学方法精准选择靶向位点,提高sgRNA的有效性,减少因无效序列导致的成本浪费。
选择合适的合成技术:根据文库规模和精度要求选择合适的DNA合成技术。微液滴法虽然技术壁垒高,但合成DNA质量好,对于需要高多样性和高精度的文库来说,长期来看可能更具成本效益;而对于一些规模较小、精度要求不是特别高的文库,电化学法或光化学法可能是更经济的选择。
利用PCR扩增:在获得初始的DNA合成产物后,利用廉价高效的PCR技术对初始产物进行大量复制,大幅降低扩增成本。通过这种方式,可以在保证文库多样性的前提下,利用PCR的高效扩增能力来满足大规模筛选的需求,从而平衡成本与多样性。
与专业公司合作:选择具有高通量合成平台和丰富经验的专业公司进行DNA文库合成,如金斯瑞、华大等
。这些公司通常具有规模化生产的能力,可以通过优化流程、批量生产等方式降低单位合成成本,同时还能提供高质量的合成产物和专业的技术支持,确保文库的多样性和质量。
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