在《科学家》播客栏目《Lab Talk》最近一期节目中，哈佛医学院博士后研究员Josh Tycko的热情极具感染力。他谈到了DNA合成技术的最新进展为功能基因组学研究带来的不断演变。

“这是科学创造力迸发的黄金时代"。新技术为研究者提供了前所未有的DNA"构建空间"，助力筛选实验设计并揭示未知序列的功能。

技术突破驱动分子生物学革命，分子生物学的进步往往源于底层技术的跃迁。正如二代测序（NGS）曾以惊人的速度和通量完成基因测序与解读。

Twist 多基因片段库（MGF）是通过大规模并行固相DNA合成技术直接合成的双链基因片段池，长度介于301-500 bp，可包含数十万条独特DNA序列。这种混合形式的基因库使研究者能快速生成候选DNA序列或遗传变异库用于高通量筛选。

事实证明，由于长度优势和混合合成特性，多基因片段库（MGFs）具有革命性意义。传统基因片段采取逐个合成的生产方式，这种方式在小规模项目中表现良好，但规模化后会变得成本高昂且流程复杂，例如Tycko所使用的大规模并行报告基因分析等技术。

因此，研究人员无法通过单次筛查研究所有遗传变异，这既拖慢了研究进度又限制了科学发现。此外，标准DNA合成最大长度仅300 bp，研究人员必须通过复杂费力的拼接流程将多个DNA片段组合，才能获得所需序列。

多基因片段库（MGF）通过提供定制的双链 DNA 片段库来应对这些挑战，这些片段长度可达 500 bp，而且几乎可以达到任何规模。Twist 公司通过以混合形式合成更长的基因片段，使Tycko能够开展以前难以想象的高通量筛选实验。

“当得知可以运用多基因片段库（MGF）时，对我们的研究而言这无疑是振奋人心的消息”， 他说道，“我们知道，现在正是开展这个高通量招募项目的合适时机。”

对研究效应蛋白结构域活性的Tycko及其同事而言，招募实验（Recruitment Assay）的低通量特性长期制约研究进程。招募实验是合成生物学领域的经典方法。Tycko解释道：该方法通过将DNA结合结构域与转录效应器进行工程化融合，当靶标被招募后即可调控基因表达。

尽管传统方法具有重要价值，但其低通量特性导致每次仅能构建少量新型融合蛋白。Tycko及其同事团队通过整合新一代测序技术、自动化细胞分选与多基因片段库（MGF），将这一传统方法升级为HT-Recruit高通量筛选技术。

据Tycko介绍，HT-Recruit的工作在原理上与传统方法相同，但在规模上实现指数级突破。“我们让每个细胞仅表达一种候选效应结构域，通过单次培养数亿规模的细胞群体，筛选能力从数百跃升至百万量级。”

“实现HT-Recruit的关键在于长片段DNA文库技术的突破”，Tycko强调。更长基因片段可编码更复杂的蛋白结构域。由于30%已知效应结构域长达100个氨基酸（对应300bp以上DNA序列），传统300bp的合成限制曾将这类重要研究对象拒之门外。

在真实生物系统中，蛋白结构域通过复杂互作调控基因表达。但受限于基因片段长度，组合型效应结构域研究长期停滞。

“在多基因片段库（MGF）问世前，我们不得不分步克隆单个结构域，再通过连接肽进行人工拼接构建组合文库等等，整个过程异常繁琐”，Tycko回忆道。

如今借助多基因片段库（MGF），HT-Recruit可实现效应结构域的大规模并行组合测试。“只需在计算机上输入目标结构域组合，就能一次性获得完整DNA文库，这让整个过程轻松容易。”

多基因片段库赋予研究人员更广阔的序列探索空间，使大规模验证创新假说成为可能。Tycko指出：合成文库带来的科学问题近乎无限。不仅能验证既定假说，更可邂逅意料之外的发现。

“打开一扇发现未知的大门

意外之喜触手可及”

2020年，其团队运用HT-Recruit系统对已知KRAB蛋白结构域进行全景式扫描，意外发现部分本应发挥抑制作用的结构域竟呈现强激活特性¹。

这一颠覆性发现不仅揭示了效应结构域的进化奥秘，更催生出新型高效CRISPRa复合体²。“若没有多基因片段库，我们绝不能踏上这条惊喜之旅”。

Tycko团队的研究成果凸显了多基因片段库（MGF），可以成为功能基因组学领域的一种变革性的工具。研究人员不再受限于传统技术桎梏，能够快速构建并筛选海量变异文库，让每个潜在变异都获得公平的验证机会。

这项突破性技术解放了科研人员的创造力，使快速获取答案与邂逅意外发现成为新常态。正如Tycko所总结：“它为你打开了一扇发现未知世界的大门。”