DNA合成
オリゴヌクレオチド合成(英語版)は、核酸の配列の化学合成である。生物学的研究と生物工学の大半は、オリゴヌクレオチド、合成遺伝子、さらには染色体さえも含む合成DNAを伴っている。今日では、すべての合成DNAは、マーヴィン・H・カルザース(英語版)によるホスホラミダイト法を用いてカスタムビルドされている。オリゴは、天然の塩基を複製する基本単位から合成される。このプロセスは1970年代後半から自動化されており、所望の遺伝子配列を形成するためだけでなく、医学や分子生物学の他の用途にも使用することができる。ただし、化学的に配列を作成することは200~300塩基を越えると実用的ではなく、環境的に有害なプロセスである。約200塩基のこれらのオリゴは、DNAアセンブリ法を用いて連結することができ、より大きなDNA分子を作ることができる。
いくつかの研究では、鋳型を必要としないDNAポリメラーゼである末端デオキシヌクレオチジルトランスフェラーゼ(英語版)(TdT)を用いた酵素合成の可能性が模索されている。しかし、この方法はまだ化学合成ほど効果的ではなく、市販されていない。
人工DNA合成の進歩に伴い、DNAデータストレージ(英語版)の可能性が模索されている。合成DNAは、その極めて高い保存密度と長期安定性により、大量のデータを保存するための興味深い選択肢となっている。次世代のシークエンシング技術により、DNAから情報を非常に迅速に取り出すことができるが、その際の大きなボトルネックとなっているのがDNAの新規合成(de novo合成)である。サイクルごとに追加できるヌクレオチドは1つだけで、各サイクルには数秒かかるため、全体的な合成には非常に時間がかかり、エラーが発生しやすくなる。しかし、バイオテクノロジーが進歩すれば、合成DNAはいつかデータストレージに使われるようになるかもしれない。
それは、DNA複製 = DNA生合成(in vivoのDNA増幅)、ポリメラーゼ連鎖反応 (PCR)= 酵素的DNA合成(in vitroのDNA増幅)、または遺伝子合成(英語版) = 物理的に人工的な遺伝子配列を作成することを指す。それぞれの種類の合成は非常に異なるものの、いくつかの特徴を共有している。ポリヌクレオチドを形成するために結合されたヌクレオチドは、DNA合成の一つの形態であるPCRが起こるためのDNA鋳型(DNAテンプレート)として機能する。DNA複製もまた、DNA鋳型を使用することによって機能し、複製中にDNAの二重らせんがほどけ、新しいヌクレオチドが水素結合するための不対塩基が露出する。ただし、遺伝子合成ではDNA鋳型は必要なく、遺伝子は自発的に組み立てられる。
DNA合成は、すべての真核生物と原核生物、そして一部のウイルスで行われている。DNAの突然変異を避けるために、DNAの正確な合成が重要である。ヒトでは突然変異が癌(がん)などの病気につながる可能性があるため、DNA合成とその生体内(in vivo)での仕組みは、数十年にわたって広範囲に研究が行われてきた。将来的には、これらの研究をもとに、DNA合成に関わる技術を開発し、データ保存に利用することも考えられる。