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臺灣蛋白質計畫與體學生技 共創DNA定序新方法

2019-07-19 17:52經濟日報 蘇璽文

產學合作新突破!臺灣蛋白質計畫(Taiwan Protein Project, TPP)由中央研究院生物化學研究所特聘研究員蔡明道院士主持,該計畫近期與體學生物科技股份有限公司合作,提出用DNA聚合酶啟動「下一代DNA定序新方法」。研究論文於108年6月20日刊載於《自然科研通訊-生物學期刊》(Nature Research-Communications Biology)。蔡明道表示,本研究是高階產學合作的成功案例,利用研究團隊的生化知識,不但解決業界的實務問題,其突破性成果也對研究領域有重要貢獻。

由A、T、C、G四種鹼基對排列組合的DNA是生命的遺傳密碼。為DNA定序,已是當今科學研究、臨床醫學、藥物開發的關鍵技術。然而,目前市面上最常用的DNA定序法卻有兩個主要局限:須分二階段進行,且須使用化學藥劑。不但無形中使定序的成本增加、速度變慢,其讀取DNA鹼基對的數量也較少。對此,體學公司於2016年提出一套改良構想,利用3’酯化的脱氧核糖核苷三磷酸 (dNTP)以及一種來自海底嗜熱古菌、名為「Thermococcus sp. 9°N DNA聚合酶」的酵素,即可一次性完成定序反應。此構想終於在與臺灣蛋白質計畫合作後,其可行性於近期得到證實。

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DNA聚合酶是生物進行複製DNA時所使用的酵素,身為國際酵素專家的蔡明道院士表示,本研究首先證明了Thermococcus sp. 9°N DNA聚合酶可催化使用3’酯化的dNTP的DNA定序反應,再以質譜技術,證實該反應可連續發生不中斷。最後,透過不同顏色的螢光標記後發現,此反應一次即可進行到約450個鹼基對。未來進一步優化之後,在速度、成本及產量,皆有機會超越既有的方法。

研究團隊也強調,這項技術的關鍵步驟在於反應過程中的中間產物也可被直接偵測,因而免掉了分二階段進行。研究團隊也解析出多個中間產物的晶體3D結構,將有助瞭解此聚合酶方法的運作機制。除了DNA定序, 此研究對生物檢測及藥物開發等皆具應用潛力。

過去將研究成果技轉給產業發展的合作模式,常有研究發現無法解決實際問題的尷尬情形。臺灣蛋白質計畫為行政院政策額度支持的計畫,其使命之一,便是協助我國生技產、學、研界,針對實際問題,提出基礎研究的突破性解決之道。亦即,在業界尚處於構想階段時,即透過研究人員參與,引入先進的蛋白質知識與實驗技術,提出具體對策。

臺灣蛋白質計畫的副總經理、生化所吳文晉研究副技師表示,目前本計畫已與國內產、學、研等單位取得共370件計畫成果,其中包含20多家生技業者實際面臨的問題。此計畫提供專業的蛋白質研究團隊,也利用國內蛋白質研究所需的精密儀器設施,包含冷凍電子顯微鏡(Cryo-EM)、國家同步輻射中心、核磁共振光譜及質譜儀等。

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