華大智造助力“測序+合成”交叉領域融合

進入21世紀以來，人類世界的數據信息增長速度急劇增快，隨著數據量級越來越大，在可預見的未來，基于傳統硅基儲存介質的儲存方式將不可避免地陷入資源枯竭的困境。因此，開發新的儲存技術就顯得尤為重要。

DNA是自然生物儲存遺傳信息的載體——在細胞核尺度的空間里，就能儲存一個物種所有的遺傳信息，信息存儲密度非常之高。因此，在數據儲存的發展方向中，DNA存儲技術是一個誘人且富有希望的選項。但目前的DNA存儲技術也存在一些亟待解決的難題，例如DNA合成成本高、讀取速度慢、錯誤率高等等。

7月23日，在2022年數字經濟與生命健康產業融合發展峰會上，由華大智造聯合華大生命科學研究院、國家基因庫、生工生物、聯川生物、擎科生物、騰訊醫療健康等多家BT和IT機構共同發起的《DNA存儲藍皮書》正式發布（文末可免費下載），華大智造執行副總裁劉健受邀分享了主題報告《DNA存儲領域的工具支撐》。

“每一個新技術出現后，它并不是一定要去替換掉所有應用場景里面的現有技術，而是面向他的主要需求和最適合的場景，比如DNA存儲技術的出現，并不是就要把現有的存儲方式例如U盤替代掉。”劉健表示，“對于DNA存儲的技術方向，我們選擇的方向是‘高通量、高載量、自主可控低成本’，如歐陽院士在會上所說，DNA存儲最適合的應用場景可能是面向80%的低活躍數據。通過自主可控的高通量低成本工具不斷快速迭代，把握DNA存儲未來的快速發展機遇期。”

作為合成生物學領域的代表性應用之一，DNA存儲技術是一項著眼于未來的具有劃時代意義的先進技術。DNA存儲是由DNA高通量合成與測序技術催生的信息與生物相融合的新領域，通過DNA分子的堿基序列直接編碼數字信息，由高通量合成技術合成DNA序列進行信息寫入，并利用高通量測序技術實現信息的讀取，以實現存儲數據的信息還原。在這個過程中，合成技術的自動化、測序工具的選擇和測序平臺的應用效率，非常重要。

目前，面向合成技術的自動化平臺搭建，針對不同的技術路線，華大智造提供相應的自動化工作站和全流程的自動化產線。無論是從液體配制到基因組裝PCR反應、PCR產物純化、產物均一化，還是DNA連接反應等多個基因合成工序之間的集成化和自動化，華大智造均可基于自動化樣本制備系統MGISP-100/960、MGISP-Smart 8等標準的自動化工作站進行專業的需求響應、定制開發和快速交付。

基于華大智造MGISP-960定制開發的自動化基因拼裝工作站

特別地，針對高通量DNA存取集成自動化的需求，華大智造采用工位流水線的設計理念和“智惠實驗室”的系統化管理理念，基于自動化產線MGIGLab平臺能夠將多款不同功能的儀器進行整合，從而形成一條高度自動化的流水線或一套完善的智能化系統：即融合物聯網（IoT）、機器人等先進技術，配備實驗室管理信息化系統MGI ZLIMS，對整個實驗流程的樣本、試劑、耗材信息進行追溯管理和生產調度，從而打造DNA合成的生產級平臺，實現合成 DNA的自動化、標準化和規模化生產，最終推動整個合成產業的快速擴展。

與此同時，基因測序儀在DNA存儲技術中扮演“解碼器”的重要角色。由華大智造推出的DNBSEQ測序平臺以高準確度和高敏感度、低標簽跳躍（Index Hopping）和低重復序列率（Dup Rate）等特點在業內著稱。一方面，DNBSEQ平臺采用滾環復制擴增技術，每次擴增都是以原始的DNA單鏈環為模板，有效地避免了PCR擴增錯誤指數積累的問題，保證測序的高保真性；另一方面，DNB在溶液里面完成制備，在loading過程中沒有聚合酶、引物和dNTP等PCR條件。因此，基于DNBSEQ平臺的測序結果Dup率低、可用數據多、數據利用率高，有助于加速如DNA存儲等前沿科研應用成果的產出。

2022年5月，Nature Computational Science 期刊以封面文章形式報道了深圳華大生命科學研究院合成生物學研究團隊的題為：Towards Practical and Robust DNA-Based Data Archiving Using ‘Yin-Yang Codec’ System 的研究論文。

沈玥等對團隊自主研發的陰陽雙編碼進行的一系列DNA存儲數據恢復驗證實驗：首先，通過稀釋獲得了不同濃度的樣本；然后，采用華大智造自動化平臺進行了文庫制備；最后，采用華大智造測序平臺DNBSEQ-T7和DNBSEQ-E5對每組樣本進行了測序解讀。實驗結果證明，在平均分子數≤100 的情況下，數據恢復率仍能達到88%。其中，針對大量樣本的批處理，一般選擇DNBSEQ-T7；針對亟需驗證的少量樣本，如將信息合成在酵母基因組中的小型基因組測序解讀，則可選用DNBSEQ-E5。

以合成生物學、腦科學、再生醫學等一系列前沿研究為代表的生命科學領域正在孕育新的變革。作為國產高端智能制造的核心力量，華大智造立志為前沿科學打造可信賴的基礎工具和平臺，加速科學研究。