Acta NaturaeActa NaturaeActa Naturae2075-8251Acta Naturae Ltd2736210.32607/actanaturae.27362Research ArticlesЭкспериментальные статьиResearch ArticleModern Approaches to de novo Synthesis of Extended DNA Fragments: Assembly of a Wide Repertoire of SequencesСовременные подходы к de novo синтезу протяженных фрагментов ДНК: сборка широкого репертуара последовательностейSemashkoT. A.СемашкоТ. А.
Russian Federation
t.semashko@gmail.comFisunovG. Y.ФисуновГ. Ю.
Russian Federation
t.semashko@gmail.comTsoyE. A.ЦойЕ. А.
Russian Federation
t.semashko@gmail.comKharrasovD. R.ХаррасовД. Р.
Russian Federation
t.semashko@gmail.comChudinovI. K.ЧудиновИ. К.
Russian Federation
i.chudinov@sysbiomed.ruEvsyutinaD. V.ЕвсютинаД. В.
Russian Federation
t.semashko@gmail.comShevelevG. Y.ШевелёвГ. Ю.
Russian Federation
t.semashko@gmail.comGovorunV. M.ГоворунВ. М.
Russian Federation
t.semashko@gmail.comResearch Institute for Systems Biology and MedicineНаучно-исследовательский институт системной биологии и медицины РоспотребнадзораLopukhin Federal Research and Clinical Center of Physical-Chemical MedicineФедеральный научно-клинический центр физико-химической медицины имени академика Ю.М. Лопухина ФМБА РоссииInstitute of Chemical Biology and Fundamental MedicineИнститут химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН1005202416177852712202329022024Copyright ©; 2024, Semashko T.A., Fisunov G.Y., Tsoy E.A., Kharrasov D.R., Chudinov I.K., Evsyutina D.V., Shevelev G.Y., Govorun V.M.Copyright ©; 2024, Семашко Т.А., Фисунов Г.Ю., Цой Е.А., Харрасов Д.Р., Чудинов И.К., Евсютина Д.В., Шевелёв Г.Ю., Говорун В.М.2024Semashko T.A., Fisunov G.Y., Tsoy E.A., Kharrasov D.R., Chudinov I.K., Evsyutina D.V., Shevelev G.Y., Govorun V.M.Семашко Т.А., Фисунов Г.Ю., Цой Е.А., Харрасов Д.Р., Чудинов И.К., Евсютина Д.В., Шевелёв Г.Ю., Говорун В.М.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://actanaturae.ru/2075-8251/article/view/27362

The standardization of DNA fragment assembly methods for many tasks of synthetic biology is crucial. This is necessary for synthesizing a wider repertoire of sequences, as well as for further automation and miniaturization of such reactions. In this work, we proposed conditions for the assembly of DNA fragments from chemically synthesized oligonucleotides and we identified the errors occurring in the sequence under these conditions. Additionally, we proposed conditions for further combining synthetic fragments into larger DNA fragments. We showed that the optimized conditions are suitable for the assembly of a wide range of sequences.

Для решения многих задач синтетической биологии, в том числе для синтеза более широкого репертуара последовательностей, а также для дальнейшей автоматизации и миниатюризации таких реакций необходимо иметь стандартизированные методы сборки фрагментов ДНК. В представленной работе предложены условия сборки фрагментов ДНК из химически синтезированных олигонуклеотидов и определены возможные ошибки, возникающие в данных условиях. Предложены также условия дальнейшего объединения синтетических фрагментов в более крупные последовательности ДНК. Показано, что оптимизированные условия подходят для сборки широкого спектра последовательностей.

DNA synthesisDNA artificial synthesisgene synthesisgene assemblyPCR assemblypolymerase cyclic assemblyspermidineсинтез ДНКискусственный синтез ДНКсинтез геновсборка геновсборка методом ПЦРполимеразная циклическая сборкаспермидинРоссийский фонд фундаментальных исследованийRussian Foundation for Basic Research18-29-08043Федеральная служба по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человекаFederal Service for Surveillance on Consumer Rights Protection122030900107-3Agarwal K.L., Büchi H., Caruthers M.H., Gupta N., Khorana H.G., Kleppe K., Kumar A., Ohtsuka E., Rajbhandary U.L., van de Sande J.H., et al. // Nature. 1970. V. 227. № 5253. P. 27–34.Smith H.O., Hutchison C.A., Pfannkoch C., Venter J.C. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2003. V. 100. № 26. P. 15440–15445.Gibson D.G., Benders G.A., Andrews-Pfannkoch C., Denisova E.A., Baden-Tillson H., Zaveri J., Stockwell T.B., Brownley A., Thomas D.W., Algire M.A., et al. // Science. 2008. V. 319. № 5867. P. 1215–1220.Venetz J.E., del Medico L., Wölfle A., Schächle P., Bucher Y., Appert D., Tschan F., Flores-Tinoco C.E., van Kooten M., Guennoun R., et al. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2019. V. 116. № 16. P. 8070–8079Venetz J.E., del Medico L., Wölfle A., Schächle P., Bucher Y., Appert D., Tschan F., Flores-Tinoco C.E., van Kooten M., Guennoun R., et al. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2019. V. 116. № 16. P. 8070–8079.Annaluru N., Muller H., Mitchell L.A., Ramalingam S., Stracquadanio G., Richardson S.M., Dymond J.S., Kuang Z., Scheifele L.Z., Cooper E.M., et al. // Science. 2014. V. 344. № 6179. P. 55–58.Lajoie M.J., Rovner A.J., Goodman D.B., Aerni H.R., Haimovich A.D., Kuznetsov G., Mercer J.A., Wang H.H., Carr P.A., Mosberg J.A., et al. // Science. 2013. V. 342. № 6156. P. 357–360.Chatterjee A., Lajoie M.J., Xiao H., Church G.M., Schultz P.G. // Chembiochem. 2014. V. 15. № 12. P. 1782–1786.Jain K.K. // Med. Princ. Pract. 2013. V. 22. № 3. P. 209–219.Peng R.H., Yao Q.H., Xiong A.S., Cheng Z.M., Li Y. // Plant Cell Rep. 2006. V. 25. № 2. P. 124–132.Xiong A.S., Yao Q.H., Peng R.H., Zhang Z., Xu F., Liu J.G., Han P.L., Chen J.M. // Appl. Microbiol. Biotechnol. 2006. V. 72. № 5. P. 1039–1047.Casini A., Storch M., Baldwin G.S., Ellis T. // Nat. Rev. Mol. Cell. Biol. 2015. V. 16. № 9. P. 568–576.Kosuri S., Church G.M. // Nat. Methods. 2014. V. 11. № 5. P. 499–507.Shevelev G.Y., Pyshnyi D. V. // Vavilov J. Genet. Breed. 2018. V. 22. № 5. P. 498–506.Shevelev G.Y., Pyshnyi D.V. // Vavilov J. Genet. Breed. 2018. V. 22. № 5. P. 498–506.Dietrich R., Wirsching F., Opitz T., Schwienhorst A. // Biotechnol. Techniques. 1998. V. 12. № 1. P. 49–54.Gibson D.G. // Nucl. Acids Res. 2009. V. 37. № 20. P. 6984–6990. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19745056.Stemmer W.P.C., Crameri A., Ha K.D., Brennan T.M., Heyneker H.L. // Gene. 1995. V. 164. № 1. P. 49–53.Xiong A.S., Yao Q.H., Peng R.H., Li X., Fan H.Q., Cheng Z.M., Li Y. // Nucl. Acids Res. 2004. V. 32. № 12. P. e98Xiong A.S., Yao Q.H., Peng R.H., Li X., Fan H.Q., Cheng Z.M., Li Y. // Nucl. Acids Res. 2004. V. 32. № 12. P. e98.Gao X., Yo P., Keith A., Ragan T.J., Harris T.K. // Nucl. Acids Res. 2003. V. 31. № 22. P. e143Gao X., Yo P., Keith A., Ragan T.J., Harris T.K. // Nucl. Acids Res. 2003. V. 31. № 22. P. e143.Sandhu G.S., Aleff R.A., Kline B.C. // Biotechniques. 1992. V. 12. № 1. P. 14–16.Xiong A.S., Yao Q.H., Peng R.H., Duan H., Li X., Fan H.Q., Cheng Z.M., Li Y. // Nat. Protoc. 2006. V. 1. № 2. P. 791–797.Chakrabarti R., Schutt C.E. // Nucl. Acids Res. 2001. V. 29. № 11. P. 2377–2381.Jensen M.A., Fukushima M., Davis R.W. // PLoS One. 2010. V. 5. № 6. P. e11024Jensen M.A., Fukushima M., Davis R.W. // PLoS One. 2010. V. 5. № 6. P. e11024.Henke W., Herdel K., Jung K., Schnorr D., Loening S.A. // Nucl. Acids Res. 1997. V. 25. № 19. P. 3957.Jurišić V., Obradović J., Tošić N., Pavlović S., Kulić M., Djordjević N. // J. Pharm. Biomed. Anal. 2016. V. 128. P. 275–279.Karunanathie H., Kee P.S., Ng S.F., Kennedy M.A., Chua E.W. // Biochimie. 2022. V. 197. P. 130–143.Wan C.Y., Wilkins T.A. // PCR Methods Appl. 1993. V. 3. № 3. P. 208–210.https://sysbiomed.ru/upload/SynthBac.zip.Garanina I.A., Fisunov G.Y., Govorun V.M. // Front. Microbiol. 2018. V. 9. № NOV. P. 2827.Garanina I.A., Fisunov G.Y., Govorun V.M. // Front. Microbiol. 2018. V. 9. P. 2827.Kikin O., D’Antonio L., Bagga P.S. // Nucl. Acids Res. 2006. V. 34. № suppl_2. P. W676–W682.Kikin O., D’Antonio L., Bagga P.S. // Nucl. Acids Res. 2006. V. 34. № suppl_2. P. W676–W682. https://doi.org/10.1093/nar/gkl253.Gibson D.G., Young L., Chuang R.-Y., Venter J.C., Hutchison C.A., Smith H.O. // Nat. Methods. 2009. V. 6. № 5. P. 343–345.Ye H., Huang M.C., Li M.H., Ying J.Y. // Nucl. Acids Res. 2009. V. 37. № 7. P. e51Ye H., Huang M.C., Li M.H., Ying J.Y. // Nucl. Acids Res. 2009. V. 37. № 7. P. e51.Wu G., Wolf J.B., Ibrahim A.F., Vadasz S., Gunasinghe M., Freeland S.J. // J. Biotechnol. 2006. V. 124. № 3. P. 496–503.Ahokas H., Erkkilä M.J. // PCR Methods Appl. 1993. V. 3. № 1. P. 65–68.Blanchard M.M., Taillon-Miller P., Nowotny P., Nowotny V. // PCR Methods Appl. 1993. V. 2. № 3. P. 234–240.Roperch J.P., Benzekri K., Mansour H., Incitti R. // BMC Biotechnol. 2015. V. 15. doi: 10.1186/s12896-015-0148-6.Roperch J.P., Benzekri K., Mansour H., Incitti R. // BMC Biotechnol. 2015. V. 15. P. 41.Kikuchi A., Sawamura T., Kawase N., Kitajima Y., Yoshida T., Daimaru O., Nakakita T., Itoh S. // Biochem. Genet. 2010. V. 48. № 5–6. P. 428–432.Deng H., Bloomfield V.A., Benevides J.M., Thomas G.J. // Nucl. Acids Res. 2000. V. 28. № 17. P. 3379.Smith H.O., Hutchison C.A., Pfannkoch C., Venter J.C. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2003. V. 100. № 26. P. 15440–15445.Sequeira A.F., Brás J.L.A., Guerreiro C.I.P.D., Vincentelli R., Fontes C.M.G.A. // BMC Biotechnol. 2016. V. 16. № 1. P. 86.Carr P.A., Park J.S., Lee Y.J., Yu T., Zhang S., Jacobson J.M. // Nucl. Acids Res. 2004. V. 32. № 20. P. e162–e162.Ma S., Saaem I., Tian J. // Trends Biotechnol. 2012. V. 30. № 3. P. 147–154.Ma H., Kunes S., Schatz P.J., Botstein D. // Gene. 1987. V. 58. № 2–3. P. 201–216.Gibson D.G., Benders G.A., Axelrod K.C., Zaveri J., Algire M.A., Moodie M., Montague M.G., Venter J.C., Smith H.O., Hutchison C.A. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2008. V. 105. № 51. P. 20404–20409.