日前，華大生命科學研究院聯合多家機構發布了一項自主研發的基于并行原理的DNA合成技術——mMPS技術。該技術以微芯片的創新范式，從源頭顛覆了DNA合成技術，成功在合成通量、產量和質量方面實現了系統性突破，有望為基因組編寫、疫苗快速開發與DNA數據存儲等提供關鍵支撐。相關成果發表于國際期刊《自然·生物技術》。

攻克DNA合成質量與效率難題

在合成生物學領域，DNA合成技術一直被視為突破行業發展的關鍵瓶頸。傳統高通量DNA合成技術，是在單一芯片表面合成數百萬條DNA短片段。盡管這種技術能夠一次性合成大量片段，但每條片段的產量極低，而且容易出現片段間交叉污染，嚴重影響后續長片段組裝的成功率。由于傳統技術無法同時滿足高通量、長片段、低成本的需求，直接限制了復雜代謝途徑研究、染色體工程、大規模突變庫構建等前沿研究的深入開展。

與傳統技術不同，mMPS技術采用了一種創新的合成路徑：將一張芯片劃分為一個個獨立的、毫米級的微芯片，在每個微芯片上僅合成一條短鏈DNA，且芯片表面均帶有專屬識別碼，可對DNA片段進行身份識別與分選，并可全程追蹤該片段的合成過程。此外，該技術通過“識別—分選—合成—回收”的循環機制，賦予芯片可重復使用的能力，為可持續、低成本的DNA合成奠定了堅實基礎。

簡單來說，這些微芯片就像一個個帶著專屬工號的“工人”。在合成過程，智能掃描儀識別出工號之后，就能快速判斷出每個“工人”應該去合成哪條特定短鏈DNA，隨后通過傳送帶將不同“工人”精準送往對應的工作崗位，即反應柱，在那里合成一條DNA短鏈。合成工作結束后，這些“工人”還能被收集起來，再投入下一輪的工作。

通過這樣的工作模式，mMPS技術在產量躍升、流程簡化以及精準可控等方面實現了多重突破。

在產量躍升方面，單條DNA序列的產量提升幅度達4—6個數量級；在流程簡化方面，組裝基因的步驟從原來至少5步操作優化至僅需2步完成，而且無需額外添加擴增引物或酶切位點，避免錯誤累積；在精準可控方面，每條DNA片段都在各自的專屬空間合成，避免了交叉污染，并且反應條件還可根據需求獨立優化。

研究團隊通過系統性實驗驗證了mMPS技術在基因組裝、突變庫構建等多場景下的卓越綜合性能。研究成果充分證明了該技術在處理復雜序列、高GC含量區域和重復序列方面的獨特優勢，為蛋白質穩定性研究、疾病突變機制解析提供了可靠的技術支撐，將助力科研人員更深入地探索生命科學領域的關鍵問題，為疾病治療、新藥研發等領域的突破奠定基礎。

在多個領域展現巨大應用潛力

目前，基于mMPS技術打造的標準化高通量合成平臺在江蘇省常州市孵化落地，并已在多個產業領域展現出巨大應用潛力。該技術有望推動DNA合成在多個領域引發系統性效率革命。

在創新藥物研發領域，找到并優化關鍵藥物靶點，是極其重要的一步。而這背后離不開高質量突變體庫的構建。相較于傳統方法需耗時數周完成突變體庫構建，mMPS技術可將這一時間縮短至數天，大幅加速抗體發現與進程優化，讓“救命藥”更早來到患者面前。

在酶制劑、生物基材料、精細化學品等生物制造領域，菌株是決定工業化生產效率與產品性能的關鍵因素。mMPS技術支持快速酶定向進化，可將菌株改造周期從數月縮短至數周。研究表明，其單堿基合成成本比傳統方法降低約70%，為大規模工業化應用鋪平了道路。生物制造企業可借此構建專屬酶庫和代謝途徑庫。

值得一提的是，mMPS技術所具備的模塊化、自動化特性，為生物鑄造廠的興起提供了技術基礎。未來可能出現DNA合成新型平臺，通過AI驅動設計、自動化合成、機器人測試的閉環，為行業提供從DNA序列設計到功能驗證的一站式解決方案。

隨著芯片可重復使用技術的成熟和合成工藝的進一步優化，mMPS技術將成為下一代工業級DNA合成工廠的核心引擎。

華大生命科學研究院合成生物學首席科學家沈玥說：“mMPS技術的問世，不僅僅是DNA合成領域的一項技術迭代，更是合成生物學從實驗室探索走向工業化制造的關鍵轉折點。未來，隨著mMPS技術的推廣應用，更多復雜生物系統的設計、構建與測試將成為可能，合成生物學有望在醫藥、能源、環保等領域迎來真正的產業化爆發。”

中國科學院院士元英進認為：“mMPS技術不僅展現了我國在合成生物學底層工具領域的創新能力，也為構建自主可控的生物技術體系奠定了重要基礎，具有重大的學術價值與產業化前景。”（記者 羅云鵬）