[发明专利]平行制备核酸及应用

说明书

技术领域

本发明涉及到基因组学、合成生物学和遗传工程等领域。本发明特别涉及到在固相表面平行多链体连接和扩增的方法，用于制备生物应用的核酸组装体及分析各种生物样品，例如DNA、RNA、和蛋白质。

背景技术

本发明涉及到核酸技术领域，特别是制备和应用已知序列的核酸。目前来说，生物科学和技术的主要进展是基于基础分子科学在基因组水平上的科研和应用。因此需要更快，更经济，更好的实验工具来满足日益增长的科研需要。在基因组和蛋白质组学研究领域，传统的分子生物学技术已经飞速朝着微型化、平行化、自动化技术发展。传统的单个实验现在可以使用自动机械操作，在96或384微孔板平行进行。这些实验只需微摩尔级别的材料和毫升级别的溶液。然而，现有的进展仍然不能满足大规模的应用，如基因组水平的研究或大量样品的处理。因为此类大规模实验需要成千上万的测试，这些测试用价昂贵和消耗大量的时间(几个月到几年)。对人群进行基因组水平的单核苷酸多态性分析(SNP)就是其中一例，此实验能够提供对于预测和预防遗传病及对生命有威胁疾病的分子诊断，例如癌症的诊断，的宝贵信息。如果对每个人的每个多态性位点进行一次测试，使用10mL溶液，如有100,000个多态性位点和1,000个人，那么单溶剂的消耗量达1,000,000升，相当于一个小型化工厂的年产量。另一个例子，如合成寡核苷酸的基因并组装成基因也显示了当前常规方法的不足之处。一个小型基因组一般由几千个基因组成，包括大约5百万个碱基对。单考虑溶剂，若传统的方法的一个合成循环需要消耗5mL的溶剂，获得这个基因组的寡核苷酸就需要消耗50,000升溶剂。基于这种水平的材料消耗，在基因组水平上进行研究很显然是不切实际。这样大规模的实验需要大量的器械和充足的空间来处理和储存试剂。整个过程还要耗费大量的劳力、时间而且容易出错。为了克服这些问题急需发展新技术来减少试剂的消耗量，将微摩尔(固体)或毫升(液体)的用量降低1000倍或更多。这样的新技术的优势是显而易见的，包括用于基因组水平的实验研究，加速错综复杂的生物细胞系统的理解，有助于发现新的调控机理，同时节约自然资源。在材料和时间的节约就意味着，因而对环境友好，也在经济上可行。

本发明的目标之一是合成大片段DNA。大片段DNA可以是完整的基因或基因的一部分，或是任合部分的染色体DNA或生物源DNA，也可以是任何任意序列组成的DNA。DNA序列信息和强大的计算方法使得改造DNA序列成为可能。这些序列可以模仿或改造大量转录RNA和蛋白质的功能和作用。这个初成的领域称作合成生物学，它包括构建DNA文库来转录RNA或表达蛋白质/抗体和多肽，使生化、农业和环境领域受益。合成生物学也包括构建完整基因组来制备RNA和蛋白质，并能组装成生物分子复合物、生物信号传导系统、有机体和细胞。采用当前的DNA合成方法完成从寡核苷酸组装成长链核酸是非常昂贵并且速度较慢，或者仅限于组装消化后的散乱的天然DNA片段(Stemmer，1994)。