DNA組合圖庫(Combinatorial library)-Gene Services-盟基生物科技股份有限公司

合成生物學為組合相關的基因元件，創造出特定的功能。可能是同一條代謝路徑，生產出最大量的有價值產物；或者是彼此調節的基因，能夠精準地反應外在環境變化。傳統上只能透過限制酶一步步地剪切和黏合，因此需要花費大量人力和時間，而且常會受到限制酶切位的限制，使得工作更加複雜。GenScript 提供 DNA 組合圖庫服務，可以一次建構完所有基因組合，讓您省下實驗前期的準備工作，專心於實驗設計和分析。

一、服務介紹

GenScript 提供的 DNA 組合圖庫 (Combinatorial DNA Library Assembly) 可以快速地組合所有目標基因，如此可以一次分析所有組合，避免偏差。DNA 圖庫的實驗順序包含設計、建構和分析 (圖一)，其中以建構的步驟最為困難，花費實驗者大量的時間和人力。雖然此步驟非常重要，圖庫的穩定性和正確性皆會影響分析的結果，但是卻只是一項工具，並不能促進科學的進步。因此 GenScript 提供 DNA 組合圖庫的服務，幫您完成最困難的一步，希望讓您可以更專注於實驗設計和分析。
DNA 組合圖庫 (Combinatorial DNA Library Assembly) 服務用來組合多個基因元件，每個基因元件有不同的「候選人」，可以是不同的突變或是不同物種的蛋白，不同基因元件的多個「候選人」組合成一數量龐大的高通量 DNA 圖庫。先透過全基因合成和 PCR 得到基因元件的片段，再透過 GenScript 專業的圖庫建構技術，以重組的方式一次建構龐大的圖庫。此種圖庫最常應用於合成生物學，可以一次檢測所有組合，找出最大產量的組合 (圖二)。(GenScript 亦提供 DNA 突變圖庫，請點選此連結)

圖一：DNA 圖庫的實驗順序包含設計、建構和分析，其中 DNA 圖庫的建構最為困難，花費實驗者大量時間和人力。

二、服務應用
1. 合成生物學 (Synthetic biology)：
檢測代謝路徑上不同酵素突變之間的搭配，獲得最多產量的組合 (圖二)。

圖二：DNA 組合圖庫應用於合成生物學範例。Substrate 經過四個酵素反應後 (四個 cassette)，形成有價值的 product，例如 Chemicals, Biofuels, Pharmaceuticals。每個酵素有50種突變方式 (50 variant)，四種酵素即可組合出 6,250,000 種組合，構成龐大的 library。透過檢測不同的組合，找出最多產量的搭配。

2. 蛋白質工程 (Protein engineering)：
製作多個 domain 蛋白質以分析功能和結構。

3. 基因表現調節研究 (Gene expression regulation)：
檢測 promoter、RBS、terminator 的搭配，獲得最高效率基因表現。或是同時調控不同基因元件的表現量，使得此種組合能夠最有效地偵測外來環境的變化 (圖三)。

圖三：DNA 組合圖庫應用於基因表現調節研究範例。綠色三角形為環境需要檢測的目標，紫色圓形為反應訊號。沒有檢測目標的時候，Gene 1 蛋白無法抑制 Gene 2，因此 Gene 2 能夠表現並抑制 Gene 3，而不會偵測到訊號。反之，環境中存在檢測目標時，Gene 1 蛋白會抑制 Gene 2，導致 Gene 2 無法抑制 Gene 3，因此可以偵測到訊號。此基因調節迴路中，除了蛋白活性之外，Promoter 的強度也很重要，若全部皆弱，則雖然背景值低，但訊號也低；而如果全部皆強，則雖然訊號很強，但是背景值也很高。因此若想要得到「背景值低」和「訊號高」的組合，就需要同時分析所有可能的組合。以上範例每個 promoter 位置皆有5種，Gene 皆有2種，因此總共是1,000種組合。

三、服務優點
1. 一次分析所有組合，避免偏差：
傳統上受限於技術限制，或是缺乏全面的考慮，研究多個目標蛋白對於特殊功能的影響時，通常是一次調整一個基因，找到改變特殊功能幅度最大的突變，再接續調整下一個基因。這樣的實驗方式雖然比較簡單，但是卻忽略了蛋白之間的交互作用，造成看似最好的結果可能只是次等。相反地，若一次分析所有組合，才能找到最好的組合，創造最棒的結果 (圖四)。

圖四：研究多個目標蛋白對於某功能的影響時的兩種不同研究方式。以產物濃度當作結果，改變兩個基因，左圖為傳統方式，一次突變一個基因 (Sequential)，先突變 element A，找到產物濃度最高的突變。接下來突變 element B，得到最終產物濃度最高的組合，但是實際上可能只是次等。右圖為較全面的方式，一次分析所有 element A 和 B 的所有突變組合 (Combinatorial)，一次性得到產物濃度最高的組合，而且能夠保證是最好的組合，不會有偏差。

2. 省下實驗前置作業大量時間：
DNA 圖庫的實驗順序包含設計、建構和分析，其中 DNA 圖庫的建構最為困難，花費實驗者大量時間和人力 (圖一)。因此此服務能夠幫您省下時間和心力，讓您更專心地設計實驗和分析方法和結果。

3. 不同基因元件無縫接合，不留下多餘序列：
傳統上透過限制酶的剪切和黏合，雖然實驗室可自行完成，但是不同基因元件之間會留下多餘的限制酶切位序列，而且費時又費力。而 GenScript 提供的服務，是以重組的方式完成，基因元件之間無縫接合，不會留下多餘的序列，省時又省力。

4. 最多可建構到10^8 種組合 (4 slots for 15 kb inserts) ：
GenScript 擁有豐富的經驗、優化後的試劑和專業的 DNA 圖庫建構技術，能夠處理龐大的圖庫，最高可以建構10^8種組合。

5. 每個專案由 Ph.D. 團隊提供建議：
客戶只需要提供不同基因元件的序列，會由專業 Ph.D. 團隊負責基因元件的組合方式，並且針對個案調整試劑配方，保證完成客戶需求。

四、服務方案
提供三種方案，可使用原廠載體，或是客戶指定載體。提供全部質體混合成單管，或是依客戶需求分成多管，每管只含有一種質體 (圖五)。

圖五：三種方案，左圖為 Pooled (混和型)，中間為 Representative (隨機型)，右圖為 Arrayed (指定型)，每種方案有不同的保證，完整方案請見表一。

表一：三種方案比較

方案	Pooled	Representative	Arrayed
介紹	不挑選 clones，整個 Library 質體直接出貨。	隨機挑出至多 10,000 clones，以 PCR 確認皆有成功組合。	依照客戶指定挑出至多10,000 clones，經定序完全確認。
應用	大量 & 簡單的篩選，組合失敗的質體不影響結果。	隨機篩選以反推結果，不需要指定特定序列 (但須全部皆為成功組合)。	精確篩選，需要指定所有序列。
客戶提供	所有合成的 DNA 序列	(1) 所有合成的 DNA 序列 (2) 指定質體數目	(1) 所有合成的 DNA 序列 (2) 指定質體數目
出貨規格	4ug 質體一管	4ug 質體多管 (由客戶指定數目)	4ug 質體多管 (由客戶指定數目)
圖庫大小	最多可至 1x10^8 /vial (全部混合成一管)	至多 10,000 管質體	至多 10,000 管質體
QC	(1) PCR 檢測48 clones 以決定成功組合質體比例。 (2) 挑選24成功組合 clones，定序分析保證 85% 多變性。	(1) 經過 PCR 確認所有基因成功組合。 (2) 挑選24成功組合 clones，定序分析保證 >85% 多變性。	每個質體皆經過定序確認。