好醫師新聞網記者吳建良/台北報導圖:研究團隊由(左至右)陳道田博士、紀宏文博士、李鍾熙董事長、蔡道明院士、吳文晉副研究員、蔡廷岳博士由中央研究院生物化學研究所特聘研究員蔡明道院士所主持的產「臺灣蛋白質計畫(Taiwan Protein Project, TPP)」,獲得重大突破。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)。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。包含健康管理、癌症標靶用藥參考、個人化醫療等,甚至可用在環境檢測、打擊犯罪面向,隨著科技進步與普及,未來將有更多應用,然而,目前市面上最常用的DNA定序法,主要是由美國生技公司Illumina使用的「循環可逆終止法」,先以化學試劑修飾dNTP,在每個循環中,皆須暫停切割、因此有速度慢、讀取長度較短等侷限。「循環可逆終止法」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。DNA的基本單位是核苷酸,每個核苷酸的化學式中,都有一五碳糖,五碳糖有5個端點,第三個端點即為3’端。3’端在DNA複製、轉譯及定序的反應都有重要角色。本次研究使用將3’端酯化後形成的特殊核苷酸進行定序反應。Thermococcus sp. 9°N DNA聚合酶可催化3’酯化的核苷三磷酸引入DNA進行讀取、複製等反應。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。


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