В области синтеза генов 96 синтезаторов генов благодаря своим преимуществам высокого потока и автоматизации стали основным оборудованием для научных исследований и индустриализации. Тем не менее, ошибки, такие как неправильное распределение оснований, вставка / отсутствие в процессе синтеза, неизбежны, и как обеспечить точность синтеза с помощью алгоритмов управления частотой ошибок и исправления ошибок, стало ключом к технологическому прорыву.

Аппаратная основа управления частотой ошибок

96 - канальный синтезатор генов снижает первоначальную частоту ошибок благодаря точному механическому проектированию и инновациям в области материаловедения. Например, использование микропроцессорной технологии для достижения точного распределения реагентов на наноуровне, чтобы избежать перекрестного загрязнения; Использование высокочистых фосфатных мономеров и инертных носителей для уменьшения побочных реакций в химическом синтезе. Возьмем, к примеру, серию Dr.Oligo компании Biolytic, которая контролирует одноступенчатую частоту ошибок синтеза ниже 0,01% путем оптимизации точности управления температурой (± 0,1 ° C) на этапах снятия защиты, сцепления и окисления.

Основная логика алгоритма коррекции ошибок

Для оставшихся ошибок алгоритм коррекции ошибок обеспечивает точную коррекцию с помощью многоуровневой стратегии:

Анализ бокового покрытия: опираясь на метод динамической разветвленной структуры в коррекции ошибок секвенирования ДНК, синтетические фрагменты разбиваются на перекрывающиеся L - tuple (например, последовательность AGC - GCC - CCT L = 3), чтобы идентифицировать фрагменты ошибок с низким охватом, подсчитывая частоту появления каждого l - tuple в 96 параллельных синтезах (охват m (e)). Например, если покрытие l - tuple ниже порогового значения M, оно маркируется как потенциальная ошибка.

Объединение и замена путей: эквивалентное преобразование неправильного пути, которое объединяет последовательные правильные и неправильные стороны в один путь. Например, в модели гипертропа Эйлера, если неправильная сторона e 'является правильной стороной x и y спереди и сзади, правильная сторона e с наибольшей степенью соответствия пути x - y будет найдена с помощью оценки максимального правдоподобия, а вместо e' будет исправлена ошибка.

Многоколесная итерационная оптимизация: мониторинг качества синтетических продуктов в режиме реального времени в сочетании с обратной связью секвенирования NGS. Если частота ошибок канала превышает стандарт, система автоматически корректирует долю реагента или время реакции канала для достижения управления замкнутым контуром.

Технологические прорывы и влияние промышленности

Алгоритм коррекции ошибок 96 - канального синтезатора генов достиг точности однократного синтеза более 99,99%, поддерживая крупномасштабные приложения в области редактирования генома и синтетической биологии. Например, в синтезе искусственных хромосом технология может снизить частоту ошибок сборки длинных фрагментов (> 10 кб) с 10 - 3 до менее 10 - 6, что значительно снижает затраты на последующий скрининг. С интеграцией алгоритмов ИИ ожидается, что будущие системы коррекции ошибок достигнут автономной эволюции и будут продвигать синтез генов к цели « нулевой ошибки».