基因工程涉及直接操縱生物的DNA以特定方式改變其特徵。這可以包括添加、刪除或修改生物基因組中的基因。對象也可以是個別細胞或生物體。不同的基因修改方式及對象涉及不同的技術。基因工程中使用的技術是現代生物技術的核心,在醫學、農業和工業中有廣泛的應用。
基因工程實際是由多項技術和知識背景組成,主要包括序列設計/篩選,克隆,基因輸送,基因編輯等領域組成。
添加一段基因與刪除或修改基因一般使用不同的技術。加入基因又可依目的分成短期表現(transient expression)與穩定表現(stable expression)。建構穩定表現細胞涉及將外來基因片段插入染色體中,我們所使用的穩定表現技術為跳躍子(transposase)技術,相較於傳統的抗生素篩選法有效率高,穩定性高,產量高等優勢,相較慢病毒法則有較穩定,無病毒感染的疑慮等優點。第二種用途則需用基因編輯。我們的基因編輯可使用:CRISPR-Cas,這是目前成功率最高,適用範圍較廣的基因編輯技術。利用Cas9的蛋白和一段指導RNA來精確地剪切DNA,從而實現基因的添加、刪除或修改;大片段基因編輯我們則可採用重組工程系統(Recombineering System),利用同源重組的機制,通過短片段的同源序列來精確編輯DNA序列。除了上述兩大類,基因工程在製藥產業還有其他應用,例如phage display等各項library的建立及篩選等。
基因工程成敗的關鍵,除上述各項技術的掌握外,最重要的是DNA序列的設計,除了coding sequence的選擇及編輯外,如何控制目標基因的表現是另一個重點。包括起始子序列的選擇與編輯,誘導系統(inducible system)的選擇,intron序列是否加入,linker或spacer的選擇,及其他影響表現的序列如WPRE或miRNA target sequence的使用等等,我們有足夠的經驗與知識可以在這些項目上作出較符合需求的設計。
我們的基因工程技術應用方向包括:穩定細胞株的建構,重組蛋白或抗體藥的lead篩選及確認,核酸藥的開發及小批量生產,細胞及基因治療的開發等。