Gene Synthesis Custom Order

유전자 합성은 인공 유전자를 만들거나 기존 유전자를 처음부터 완전히 제작하는 과정입니다. 살아있는 세포에서 DNA를 복제할 경우, template strand를 사용해야 하지만, 유전자 합성은 한번에 하나의 nucleotide(빌딩블록)로 DNA를 합성합니다.

유전자 합성의 응용 분야(예시)

• 의학 연구: 질병 연구를 통해 새로운 치료법으로 사용할 수 있는 특정 단백질을 생산할 수 있습니다.
• 백신 개발: 백신에 사용되는 바이러스, 박테리아 단백질의 복사본을 합성하는데 사용할 수 있습니다.
• 유전자 변형 유기체(GMO): 해충 저항성 작물이나 영양성분이 향상된 작물과 같이 원하는 특성을 가진 유기체를 만들 수 있습니다.
• 바이오연료: 바이오연료를 보다 효율적으로 생산할 수 있는 미생물 유전자를 설계하고 합성할 수 있습니다.

코돈 최적화는 유전자 발현의 효율성을 향상시키기 위해 코딩하는 아미노산 서열을 변경하지 않고 유전자의 DNA 서열을 수정하는 것을 의미합니다.

코돈 최적화 필요성:

• 대부분의 유기체는 특정 아미노산을 지정하기 위해 정해진 코돈(triplets of nucleotides)을 사용합니다. 예를 들어, UCU, UCC, UCA, UCG가 Serine으로 번역되지만 실제 생명체에서는 특정 코돈만 인식됩니다. 이러한 사용 패턴을 코돈 사용빈도 편향(Codon Usage Bias)라고 합니다. 단백질 생산을 위해 한 유기체(예: 인간)의 유전자가 다른 유기체(예: 박테리아)에 도입되면 코돈 사용빈도 편항으로 인해 단백질 발현에 문제가 발생할 수 있습니다. 이러한 차이는 translation(mRNA에서 단백질을 만드는 과정)에 문제를 일으킬 수 있습니다.

작동 방식:

1. 코돈 사용 분석: 과학자들은 숙주 유기체(유전자가 발현되는 곳)의 코돈 사용 패턴을 분석합니다.
2. 코돈 수정: 외래 유전자의 DNA 서열은 숙주 유기체가 더 자주 사용하는 코돈을 사용하도록 수정됩니다. 이는 아미노산 서열이 동일하게 유지됩니다.
3. 발현 증가: 선호하는 코돈을 사용함으로써 리보솜(번역을 담당하는 세포 기계)은 mRNA를 보다 효율적으로 번역하여 더 높은 단백질 생산을 유도할 수 있습니다.

코돈 최적화의 이점:

• 단백질 발현 증가: 번역과정 효율을 향상시켜 외래 유전자에서 생산되는 단백질의 양을 크게 늘릴 수 있습니다.
• 더 나은 mRNA 안정성: 코돈 최적화는 mRNA 분자의 안정성을 향상시켜 단백질 발현 효율을 향상시킵니다.
• GC 함량, 반복서열, Homopolymer 등 합성 과정에 문제가 될 수 있는 서열을 최소화하여 효율적으로 유전자를 합성하고 경쟁력있는 가격으로 합성된 유전자를 받아보실 수 있습니다.
• 서로 다른 종에서 mRNA, 단백질 발현량의 증가를 위해 필수적인 과정입니다.

위험 서열 정의:

위험 서열은 유전자 조작 실험에서 인체 또는 환경에 해를 끼칠 수 있는 가능성이 있는 DNA 서열입니다. 이러한 서열은 다음과 같은 특징을 가질 수 있습니다.

• 병원체 유전자: 바이러스 또는 박테리아와 같은 병원체로부터 유래된 유전자입니다. 이러한 유전자는 질병을 유발하거나 질병을 악화시킬 수 있습니다.
• 독소 유전자: 독소를 생산하는 유전자입니다. 이러한 독소는 인체 또는 환경에 해를 끼칠 수 있습니다.
• 알레르겐 유전자: 알레르기를 유발하는 단백질을 생산하는 유전자입니다. 이러한 유전자는 알레르기 반응을 유발하거나 심각한 경우 사망에 이르게 할 수 있습니다.
• 제어 불가능한 유전자: 예측할 수 없는 방식으로 작동하거나 의도하지 않은 결과를 초래할 수 있는 유전자입니다. 이러한 유전자는 인체 또는 환경에 해를 끼칠 수 있습니다.

유전자 합성과 위험 서열의 관계:

• 유전자 합성은 위험 서열을 만드는 데 사용될 수 있습니다. 예를 들어, 바이러스의 유전자를 합성하여 새로운 바이러스를 개발하거나 독소를 생산하는 유전자를 합성할 수 있습니다.
• 과학자들은 위험 서열을 다룰 때 엄격한 안전 예방 조치를 취하고, 이러한 서열을 사용하여 얻은 결과가 인체 또는 환경에 해를 끼치지 않도록 해야 합니다.
• 또한 유전자 합성 기술의 오남용 가능성에 대한 윤리적 논쟁도 존재합니다. 예를 들어, 일부 사람들은 유전자 합성 기술을 사용하여 생물학적 무기를 개발할 수 있다고 우려합니다.
• 그렇기 때문에 유전자 합성은 안전하고 윤리적인 방식으로 수행되어야 하므로, 바이오니아는 IGSC의 Harmonized Protocol에 따라 고객이 주문한 서열이 위험 서열로 판정될 경우, 위험 서열 합성 동의서를 서명 받은 후 유전자 합성이 진행됩니다.

바이오니아에서는 유전자 합성 서비스 뿐만 아니라 다양한 연계 서비스를 제공하고 있습니다.

• Codon optimization service: 유전자의 서열이 발현에 쓰이는 균주의 코돈 사용빈도 편향(Codon Usage Bias)에 적합하지 않을 경우, 단백질 발현 등 추가 연구에 영향을 미칠 수 있습니다. 바이오니아는 카이스트와 공동 개발한 코돈 최적화 프로그램을 보유하고 있으며, 유전자 합성 서비스와 연계하여 코돈 최적화 서비스를 제공하고 있습니다.
• Cloning service: 자사에서 제공하는 vector 뿐만 아니라 원하는 vector에 cloning 하여 plasmid 형태로 제공하는 클로닝 서비스입니다. Insert를 보유하고 계신 경우 클로닝 서비스 단독으로 주문이 가능하며 Insert를 보유하고 있지 않은 경우 유전자 합성 서비스와 연계하여 원하시는 유전자가 포함된 벡터를 제공하여 드립니다.
• Mutagenesis service: 단백질 구조 및 기능 연구, 효소 기능 향상 연구에 필수적인 돌연변이 유전자 제작을 원하실 경우, 바이오니아의 Gene Synthesis Service와 함께 Mutagenesis Service를 이용하시면 쉽고 간편하게 준비할 수 있습니다. 특정 위치 및 서열을 지정하여 부위 지정 mutation sample을 제공드리며, 유전자 합성 서비스 및 Cloning Service와 연계하여 이용이 가능합니다.
• mRNA synthesis service: 바이오니아의 mRNA Synthesis Service는 고객이 원하는 다양한 mRNA를 제공합니다. mRNA synthesis 위해 사용되는 DNA template는 제공하여 주시거나, 자사 Gene Synthesis Service와 연계가 가능합니다. 5' Capping, 3' poly-A tailing 등 다양한 형태의 mRNA를 제공하며 합성에 사용되는 유전자를 보유하고 있지 않은 경우에는 Gene & Standard mRNA Synthesis 혹은 Gene & Complete mRNA Synthesis를 이용할 수 있습니다.
• Gene to Protein Synthesis: 유전자 합성부터 단백질 발현까지 원하시는 경우, Gene to Protein Synthesis service를 이용하실 수 있습니다. 당사의 Gene to Protein Service는 “유전자합성-단백질 합성 서비스”의 통합서비스로, 합리적인 가격으로 원하는 단백질과 유전자를 최소 2주 이내에 받아 보실 수 있는 서비스입니다. 서비스 유전자 합성 방식에 따라 Standard, Cloning-free service로 분류되며, 다양한 단백질의 합성이 가능합니다.

유전자 합성에서 어려운 유전자는 고유한 특성 때문에 과정에 어려움을 주는 유전자입니다. 이러한 특성은 표준 방법을 사용하여 유전자를 합성하는 것을 어렵게 하거나 덜 효율적으로 만들 수 있습니다. 유전자를 합성하기 어렵게 만드는 몇 가지 요인이 있습니다:

• GC 함량: GC는 DNA의 네 가지 구성 요소 중 두 가지인 구아닌(G)과 시토신(C)을 말합니다. GC 함량이 매우 높거나(>80%) 낮은(<20%) 유전자는 합성이 어려울 수 있습니다.
• 2차 구조: 일부 DNA 서열은 스스로 접혀 복잡한 구조를 형성할 수 있습니다. DNA의 2차 구조는 합성 과정을 방해할 수 있습니다.
• 반복 서열: 동일하거나 유사한 뉴클레오타이드(반복)가 길게 늘어져 있는 유전자는 어려울 수 있습니다. 반복 서열은 합성 중 오류를 초래할 수 있습니다.
• Homopolymer: 연속적으로 반복되는 동일한 뉴클레오타이드의 서열입니다. 합성 중에 Homopolymer의 긴 서열이 에러를 유발할 수 있으며 시퀀싱에 어려움이 있습니다.

바이오니아는 일반적으로 이러한 문제를 해결할 수 있는 방법을 가지고 있습니다:

• 유전자 단편화: 긴 유전자는 더 작은 조각으로 분해하여 개별적으로 합성한 다음 나중에 조립할 수 있습니다.
• 코돈 최적화(Codon Optimization): 합성 자체의 어려움과 직접적인 관련은 없지만, 이 방법을 사용하여 숙주 생물의 단백질 발현 메커니즘(기작)과 더 잘 어울리게 유전자 서열을 수정할 수 있습니다.

GC 함량이 높거나 반복되는 시퀀스를 합성하는 것은 가능하지만 어려울 수 있습니다.

• <storingstrong높은 GC 함량: 유전자 합성을 위한 표준 방법은 매우 높은 GC 함량(> 80%)으로 인해 어려움을 겪을 수 있습니다. 그 이유는 구아닌(G)과 시토신(C)이 우선적으로 결합되기 때문입니다. 이는 아데닌(A) 및 티민(T)을 통합하는 데 어려움을 초래할 수 있습니다.

해결 방법

• 1) 전문 기술: GC가 풍부한 서열에 적합한 포스포라미다이트 화학을 사용할 수 있습니다.
• 2) 최적화: 반응 조건(온도 및 염분 농도)을 최적화하는 것도 도움이 될 수 있습니다.
• 반복 서열: 긴 서열의 동일 또는 유사 뉴클레오티드 반복ㅇㅇ 합성이 까다로울 수 있습니다. 발현 메커니즘(기작)이 반복되는 Codon을 구별하는데 어려움을 겪어 오류가 발생할 수 있습니다.

해결 방법

• 1) 더 짧은 단편: 유전자를 더 작은 조각으로 분해하여 합성 후 조립하는 것으로 해결할 수 있습니다.
• 2) 코돈 최적화: 유전자가 mRNA 또는 단백질에 대한 것이라면 코돈 최적화를 통해 높은/낮은 GC, 반복 서열, homopolymer 서열을 제거할 수 있습니다.

Gibson Assembly와 Golden Gate Assembly는 긴 유전자 합성에 사용되는 두 가지 효율적인 방법입니다.

1. Gibson Assembly:

• 개요: 여러 DNA 단편을 동시에 결합하는 효소 기반 방법으로, 기존 PCR 기반 방법보다 간단하고 효율적입니다.
• 핵심 원리: 세 가지 효소를 사용합니다:
  • Taq DNA 중합효소: DNA 합성을 수행합니다.
  • Phusion DNA 중합효소: 3' 말단에 염기 서열을 더해 DNA 단편을 연결합니다.
  • T5 외가닥 핵산분해효소: 5' 말단을 제거하여 단편을 결합할 준비를 합니다.
• 장점: 여러 DNA 단편을 동시에 연결할 수 있으며, 긴 유전자 합성에 높은 성공률을 보입니다.

2. Golden Gate Assembly:

• 개요: Type II 제한효소와 T4 DNA 연결효소를 사용하여 DNA 단편을 결합하는 방법입니다.
• 핵심 원리: DNA 단편을 제한효소로 절단한 후 연결효소로 연결합니다.
• 장점: 여러 DNA 단편을 빠르게 연결할 수 있으며, 비용이 저렴합니다.

3. 바이오니아 Fragment Assembly 기술:

• 개요: 3kb 이하 유전자 합성에는 Gibson Assembly를, 3kb~15kb 유전자 합성에는 자체 개발한 Fragment Assembly 기술을 사용합니다.
• 장점: 최대 100kb까지 유전자 합성이 가능합니다.

바이오니아에서는 보다 빠르게 유전자 합성 제품을 받으실 수 있도록 Rapid Gene Synthesis Service와 AccuGeneBlock Service를 제공하고 있습니다. 아래 서비스는 유전자 합성 서비스 주문 페이지에서 선택할 수 있습니다.

• Rapid Gene Synthesis Service: 최소 7일 만에 Gene Synthesis Service를 제공하며, 1~1,000bp 크기의 유전자를 합성하여 Plasmid DNA 형태로 제공합니다.
• AccuGeneBlock: 1 kb 이하의 DNA Fragment를 최소 5일 만에 받아볼 수 있으며, 100 ~ 1,000 bp 크기의 유전자를 합성하여 DNA Fragment(PCR product) 형태로 제공합니다.

유전자 합성 서비스는 기본적으로 1 - 2 μg 동결건조형태로 제공됩니다. 더 많은 양의 유전자 합성 산물을 원하시는 경우, 주문 페이지에서 Plasmid 증량 서비스를 선택하여 이용하실 수 있습니다. 500 μg 이상이 필요하실 경우, offline을 통해 추가적인 주문도 가능합니다.

바이오니아에서 무료로 제공하는 vector 종류와 특징은 아래와 같습니다.

Gene 합성 또는 Cloning 서비스 의뢰 시, 위의 Vector (벡터 정보 보기_벡터 정보 링크)를 선택하실 수 있습니다. 바이오니아에서 제공하는 Vector를 사용하실 경우, commercial vector를 따로 구입할 필요가 없이 원하는 형태의 plasmid를 손쉽게 얻을 수 있습니다. 특히, Cell-free Protein Expression System에 적합한 pBT7-N-His vector, pBT7-C-His vector를 이용하면 바이오니아의 전자동 단백질 합성 및 정제 장비인 ExiProgen™ 또는 매뉴얼로 단백질 합성 및 정제가 가능한 AccuRapid™ Protein Synthesis Kit 제품을 사용하여 쉽고 빠르게 단백질 발현 및 정제가 가능 합니다.

유전자 합성 서비스를 Cloning과 연계하여 이용하실 경우, 바이오니아에서 무료로 제공하는 다양한 종류의 Vector(벡터 정보 보기_벡터 정보 링크)에 cloning이 가능합니다. 바이오니아에서 제공해드리는 Vector가 아닌 이미 보유하고 계신 vector에 유전자 cloning을 원하실 경우, cloning 서비스를 단독으로 이용할 수 있습니다. Cloning 서비스를 단독으로 이용하시는 경우, 당사로 vector를 보내주시면 맞춤 cloning 서비스를 제공해 드립니다.

바이오니아는 Sanger sequencing을 통해 QC를 진행하며, 엄격한 QC 기준을 적용하여 분석된 data를 report 형태로 함께 제공합니다.

Sanger sequencing은 DNA 서열을 결정하는 데 사용되는 일반적인 방법 중 하나로, DNA 분자 내의 염기 순서를 결정하는 기술적인 프로세스입니다. 전기영동을 포함하는 DNA 시퀀싱 방법으로, Sanger sequencing은 500개 이상의 nucleotide의 DNA 서열 판독을 생성할 수 있으며 약 99.99%의 정확도로 매우 낮은 오류율을 유지합니다.

바이오니아는 오류율이 낮은 Sanger sequencing과 함께 Sanger sequencing analysis software를 사용하여 각각의 피크의 품질을 평가하고 품질이 낮은 기본 피크를 제거하여 보다 정확한 시퀀스 데이터만을 확인합니다. 자체 개발된 데이터 프로그램을 사용하여 human error 및 cross contamination 등을 최소화하여 보다 정확한 산물을 제공합니다.

하기의 링크를 통해 보다 자세한 주문 방법을 확인하실 수 있습니다.

주문서 및 주문 매뉴얼 링크: Gene Synthesis Order Manual

1) Gene 합성 서비스는 어떻게 이용하나요?

바이오니아 홈페이지 내 Gene 합성 서비스 페이지(www.bioneer.co.kr)에 접속하여 로그인 후, 견적 확인 및 주문이 가능합니다. 16시 이전에 주문을 완료하면 당일 합성이 시작되며, 16시 이후 주문은 다음 날 합성이 시작됩니다.

2) Gene 합성 주문 시 최대 길이는 얼마인가요?

길이에 제한은 없으나, 15 kb 이상의 경우 합성 시간이 오래 걸릴 수 있습니다. 또한, 15 kb 이상의 유전자를 주문하시는 경우에는 주문서를 다운로드 받아 작성한 후, geneorder@bioneer.co.kr로 보내주시면 담당자가 배정되어 견적 및 주문을 도와드릴 예정입니다.

3) Gene 합성 서비스로 제공되는 제품은 어떤 형태인가요?

의뢰된 유전자는 기본 벡터(pBHA 벡터)에 cloning되어 1-2 μg 건조된 형태로 제공됩니다.

4) Gene 합성 서비스 가격과 소요 기간은 얼마나 되나요?

유전자 합성의 가격 및 소요 시간은 아래 표를 참고하여 주시기 바랍니다.

GC contents 비율이 높거나 Tandem repeat, inverted repeat, Homo-polymeric sequence 등이 존재하는 difficult gene에 대해서는 서열에 따라 합성비용과 납기가 추가될 수 있습니다.

또한, Gene 합성하는 과정에서 E. coli에 유해하거나, 성장을 저해하는 유전자가 확인될 경우에도 합성 가격은 최대 20%까지 상승할 수 있으며, 위의 표에 기재된 납기 준수가 어려운 점 양해바랍니다.

5) 합성 중 sequence를 변경하거나 취소하게 될 경우 가격은 어느 정도 하나요?

바이오니아는 주문 접수가 완료되면 합성을 위한 준비 과정을 시작하게 됩니다. 이에 따라, 변경 및 취소 건에 대해서는 하기와 같이 변경 추가 비용 및 취소 수수료를 받고 있습니다. 단, 자사에서 제시한 기간 내에 합성 못 한 경우, 취소 건에 대해서는 전액 환불 처리해드리고 있습니다.

서열 변경 비용

주문 취소 비용

6) 완제품은 어떻게 사용하나요?

출고 시, 제품과 함께 제공되는 사용안내서를 참고하여 주시기 바랍니다. 배송된 DNA에 DW 또는 TE buffer를 20 μL(최종 농도 : 250 ng/μL) 첨가합니다. 자사에서는 Tube에 DW나 TE buffer를 첨가한 후 4 ℃에서 10 분간 보관 후 사용할 것을 추천합니다. 장기 보관할 경우, 반드시 -20 ℃ 냉동 보관해 주시기 바라며 건조된 상태로는 상온 보관이 가능합니다.

7) 서비스 의뢰한 완제품은 어떻게 보관되며 정보와 제품의 보관기간은 어느 정도 되나요?

의뢰하신 유전자 정보와 제품은 6개월 동안 안전하게 보관됩니다. 만약, gene합성 완료 후 바로 정보와 완제품을 폐기하기를 원하신다면 폐기하고 있습니다.

1) AccuGeneBlock

100 ~ 1,000 bp의 dsDNA fragment를 최소 5일만에 받아 볼 수 있는 서비스입니다. dsDNA fragment 특성상 reference 서열과 100% 일치하지 않는 fragment가 섞여 있을 수 있습니다. dsDNA fragment 특성상 reference 서열과 100% 일치하지 않는 fragment가 섞여 있을 수 있습니다.

2) AccuGeneBlock의 장점은 무엇인가요?

비교적 저렴한 비용으로 원하는 서열 합성이 가능하며 합성생물학 연구에 쉽고 빠르게 이용할 수 있습니다. 최종적으로 dsDNA fragment로 제공되기 때문에 사용자가 원하는 vector에 직접 cloning이 가능합니다.

3) AccuGeneBlock의 서비스는 어떻게 이용하나요?

• 1. 바이오니아 홈페이지(www.bioneer.co.kr) Gene 합성 서비스 페이지에 접속합니다.
• 2. 로그인을 합니다.
• 3. 필요한 정보를 입력하신 후 견적을 확인합니다.
• 4. 장바구니 담기를 클릭하신 후, 최종 주문을 합니다. 16시 이전 주문 건은 당일에 합성이 시작되고 16시 이후 주문하신 경우에는 다음날 합성이 시작됩니다. (단, 공휴일은 쉽니다.)

4) mixed bases를 추가할 수 있나요?

유전자에 mixed bases 추가 가능합니다. 자세한 사항은 geneorder@bioneer.co.kr로 문의 바랍니다.

5) 최대 합성 길이는 어느 정도 인가요?

최대 1 kb 이하의 서열만 합성 가능합니다.

6) QC는 어떻게 진행되나요?

Agarose gel 전기영동을 통해 합성 유전자의 크기를 확인합니다.

7) 제품의 사용방법은 무엇인가요?

배송된 DNA에 DW 또는 TE buffer를 20ul (Final 250ng/μl) 첨가합니다.

자사에서는 Tube에 DW나 TE buffer를 첨가한 후 4 ℃에서 10분간 보관 후 사용할 것을 추천합니다.

장기 보관할 경우 반드시 -20 ℃ 냉동 보관해 주시기 바라며 건조된 상태로는 상온 보관이 가능합니다.

1) Rapid Gene 합성 서비스는 무엇인가요?

합성 유전자를 plasmid에 cloning 된 형태로 최소 7일만에 제공받을 수 있는 서비스입니다.

2) Rapid Gene Synthesis가 가능한 조건은 무엇인가요?

Rapid Gene Synthesis 서비스의 경우, 1 ~ 1000 bp의 크기의 유전자만 주문 가능합니다.

또한, GC 비율이 너무 높거나 낮은 경우, 반복 서열이나 homo-polymeric runs 등이 sequence 내에 많이 포함되어 있을 경우, 서비스 주문이 불가능합니다.

Rapid Gene Synthesis가 불가능한 서열은 일반 Gene synthesis service (바로가기) 이용해주시기 바랍니다.

3) Rapid Gene Synthesis가 불가능할 경우 어떻게 하나요?

Rapid Gene Synthesis가 불가능한 서열은 일반 gene synthesis service로 주문 부탁드립니다.