一、服務介紹
GenScript 和 CustomArray 合作開發半導體晶片，能夠一次大量合成 DNA oligo，每個晶片位點單獨合成一條 DNA oligo (圖一)。每個位點以電壓精準控制和監測 DNA 的合成，確保每一條 DNA 序列正確。相比於 Degenerate NNK 是一個管柱同時混和所有可能的 DNA，GenScript 半導體晶片是單獨合成每一條需要的 DNA，因此能夠精準地控制所有 DNA 的序列和比例。
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| 圖一：以半導體晶片合成 DNA 示意圖，每個晶片位點單獨合成一條 DNA oligo。 |
以半導體晶片合成完 DNA oligo 後，再搭配原廠優化後的建構技術，完成 DNA 突變圖庫 (圖二)。客戶可以選擇每個位點的胺基酸數目、每個胺基酸對應的密碼子，還能夠指定每個胺基酸的比例，彈性非常高沒有任何限制。(GenScript 亦提供 DNA 組合圖庫，請點選此連結)
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| 圖二：以半導體晶片合成完 DNA oligo 後，接續建構突變圖庫，突變方式有三種，只針對單一位點 (site-saturation)；或是一次針對連續位點的一個位點 (saturation scanning)；以及同時針對所有種突變組合 (Combinatorial)。 |
二、服務應用
1. 針對抗體 CDR 序列，增加專一性和親和力。
2. 增加酵素親和力和穩定性。
3. 研究特定胺基酸位點對蛋白質結構和功能的影響。
三、服務優點
1. 精準控制胺基酸的分布和比例，完勝傳統 Degenerate NNK 和 Trimer library 方法。
傳統 Degenerate NNK 方式由於 codon table 的關係，每個胺基酸有不同數量的密碼子 (codon bias)，因此每個胺基酸的比例會不同，而且只能20個胺基酸全部都有，中間還會出現終止密碼子，讓蛋白質斷開失去功能。
而 Trimer library 雖然可以達成胺基酸分布均勻，但是沒辦法指定特殊比例，而且只能20個胺基酸全部都有。GenScript 半導體晶片合成的 DNA oligo 不但可以選擇特定的胺基酸，還能夠指定胺基酸比例，並且比例非常均勻。
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| 圖三：Degenerate NNK 和 Precision mutant library 比較，Degenerate NNK 胺基酸分布不均勻，而且只能20個胺基酸都有。而 Precision mutant library 可以指定特定胺基酸 (AA1 位點只有三個胺基酸)，而且胺基酸分布非常均勻。 |
2. 可針對物種指定胺基酸密碼子。
傳統 Degenerate NNK 方式是用一個管柱同時混和所有可能的 DNA，因此所有的 DNA 序列都有，無法指定胺基酸密碼子。而 Trimer library 因為本身 trimer 合成困難，因此市面上僅有少種的 trimer 組合，如果要客製化合成 trimer，價格會非常高。相反地，GenScript 半導體晶片合成的 DNA oligo 是在每一個晶片位點上單獨合成一條 DNA oligo，因此可以指定胺基酸密碼子。
3. 降低圖庫數目，可減少篩選時間和成本。
傳統 Degenerate NNK 方式最大的優點在於便宜，但是由於是所有組合，所以圖庫非常大，以4個位點20個胺基酸來說，圖庫大小為 4^12=16,777,216，如此龐大的圖庫很難有效地篩選。而且因為 codon bias 的關係，某些胺基酸比例較少，很有可能於篩選過程中消失，最後得到的序列可能不是最好的結果。這些因素都會增加篩選時間和成本，也會增加研究的成本。相反地，Precision mutant library 圖庫大小為20^4=160,000，只有 Degenerate NNK 的1/100，雖然前期建構成本較高，但是可以減少後期的篩選成本，而且由於胺基酸比例均勻，比較能夠篩選到最好和有效的結果。
4.覆蓋率接近100% (by NGS)
由於 Degenerate NNK 方式圖庫過於龐大，而且因為 codon bias 的關係，某些胺基酸對應的密碼子較少，因此於建構時容易失去一些胺基酸序列，導致覆蓋率只會有60-80%。相反地，GenScript 半導體晶片合成的 DNA oligo 胺基酸比例均勻，建構圖庫時比較不容易遺失。同時搭配 GenScript 獨家優化後的圖庫建構試劑和技術，可以保證每個位點覆蓋率90%以上。依據原廠過去經驗，基本上都可以達到100%覆蓋率。
5. 專業技術直接完成質體圖庫建構，附上完整 QC，省下建構時間。(只要4-6週)
如果是以傳統 Degenerate 方式建構圖庫，只能跟廠商訂購 DNA oligo，由客戶自行建構圖庫，還要花時間確認覆蓋率。GenScript 可以直接幫客戶完成 DNA 突變圖庫建構，附上完整 NGS 檢測 QC 報告，省下時間和人力，交期又快只要4-6週。
四、服務方案
提供 PCR product (PCR product library)，由客戶自行完成質體建構；或由原廠直接完成質體建構 (Cloned library (Plasmid))，省下大量時間和人力。方案如下：
表一：兩種方案比較
| 方案 | Cloned library (Plasmid) | PCR product library |
| 客戶提供 | (1) 欲突變的 DNA 序列 (可提供含基因的質體 or 全基因合成) (2) 突變方式 (包含突變位點 & 胺基酸分布和比例) (3) 4 ug 載體 & 載體完整資訊 |
(1) 欲突變的 DNA 序列 (可提供含基因的質體 or 全基因合成) (2) 突變方式 (包含突變位點 & 胺基酸分布和比例) |
| 出貨規格 | (1) 4 ug 凍乾質體 & 1 mL 甘油菌 (2) NGS QC 報告 |
(1) 500 ng dsDNA PCR product (2) NGS QC 報告 |
| 圖庫大小 | 保證 1x10^6-7 variants (僅適用 High copy 質體) | 保證 1x10^8-10 variants |
| 正確率 | 保證每個胺基酸位點誤差比例 25% 以內 | 保證每個胺基酸位點誤差比例 25% 以內 |
| 覆蓋率 | 由 NGS 檢測，保證每個突變位點覆蓋率 90% 以上 | 由 NGS 檢測，保證每個突變位點覆蓋率 90% 以上 |
