温度循环控制算法，助力 CRISPR 技术

近几年，CRISPR（Clustered regularly interspaced short palindromic repeats）已经成为生命科学领域最引人注目的创新技术之一。通过这类技术，研究人员可以对活细胞和有机体中的基因进行永久性的修饰，未来有望实现精准的纠正人类基因组中特定位置上的基因突变，治疗遗传性疾病。

在 CRISPR 和下游基因编辑检测的整个过程中，不仅应维持稳定的反应温度，还应控制某些步骤中的冷却速率，精确的反应温度控制是确保实验结果成功的关键。利用热循环仪（即 PCR 仪）来控制分析温度不失为一种好办法。

热循环仪可使加热或冷却反应混合物到达特定温度，并可以在一段时间内保持温度稳定，某些热循环仪还可调节成以更缓慢的温度变化速率进行加热或冷却，因此，是进行精确温度控制分析实验的理想选择。事实上，由于加热和冷却并不是以恒定的速率进行，温度随时间的变化曲线如图 1 所示。要精确地保持所需的温度变化速率并不容易。以从 85°C 温度变化速率 0.3℃/秒降至室温为例：



方法一：将温度变化速率调节为 0.3°C/秒，设置初始温度为 85°C，目的温度为 25°C。需要注意的是，初始阶段，温度冷却速率可能会高于 0.3°C/秒，而在结束阶段则可能低于 0.3°C/秒。

方法二：通过改变某一步骤的温度和时间来控制温度变化速率。需要设置的程序包括 2 个或 2 个以上的温度维持步骤（这样可以进行重复或循环运行）。对于 85°C 的反应混合物，设置 84.7°C 维持 2 秒的步骤，84.1°C 维持 2 秒的步骤，并设置温度下降速率为 1.2°C/循环，然后重复以上步骤 50 次。采用此方法可实现每 2 秒，温度精确下降 0.6°C。如果希望温度变化更加平稳，可以设置 84.7°C 维持 1 秒的步骤，84.4°C 维持 1 秒的步骤，温度下降速率为 0.6°C/循环，然后重复以上步骤 100 次。

由于大多数循环仪具有循环次数上限，为了减少循环次数，可能需要添加更多的温度维持步骤（见表 1）。需要考虑的因素有步骤数、相邻步骤间的温度差、每次循环设置的温度下降值和循环次数。这种方法的优点在于整个过程中可以实现对温度的精确速率控制，缺点是运行程序较为复杂。

表 1.

蓝光生物科技公司（Blue-Ray Biotech）的新型 TurboCycler Lite 热循环仪为控制温度缓慢变化提供了一种新选择。通过重复单个温度步骤，直至达到最终温度，仅需设置每次循环的温度下降值即可满足冷却速率的要求。如果所需循环次数超过了 TurboCycler Lite 循环次数的上限值（TurboCycler Lite 循环次数上限值为 99），仅需添加另外的重复设置即可（见表 2）。

表 2.

这种先进的温度缓慢变化控制技术使 TurboCycler Lite 成为 CRISPR 技术的理想选择。此款仪器还配备了全温度范围的热盖，可用作 NGS 样品前处理和其他实验的恒温培养器。