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“你好,世界”被成功編碼 CRISPR技術將數據存入活細胞DNA

2021年01月14日08:16 | 來源:科技日報
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原標題:“你好,世界”被成功編碼 CRISPR技術將數據存入活細胞DNA

  科技日報北京1月13日電 (記者馮衛東)據最新一期《自然·化學生物學》雜志報道,美國研究人員通過CRISPR技術,將數字電子信號直接轉換為存儲在活細胞基因組中的遺傳數據,這或是邁向開發用於長期數據存儲新介質的關鍵一步。

  美國哥倫比亞大學研究團隊使用CRISPR基因編輯技術,將編碼二進制數據(計算機用來存儲數據的1和0)的特定DNA序列插入細菌細胞。通過將這些DNA序列的不同排列分配給不同英文字母,研究人員將文本消息“hello world!”成功編碼進了大腸杆菌細胞內的DNA中。研究團隊隨后通過提取和測序細菌DNA解碼了該消息。

  該項工作建立在研究團隊先前為大腸杆菌設計的基於CRISPR的細胞記錄儀的基礎上,該記錄儀檢測細胞內某些DNA序列的存在並將該信號記錄到生物體的基因組中。該系統包括一個基於DNA的“傳感模塊”,該模塊響應特定的生物信號而產生高水平的“觸發序列”。這些序列被並入記錄儀的“DNA錄音帶”中以記錄信號。

  研究團隊在新研究中對傳感模塊進行了改裝,使其可以與另一個對電信號作出反應的生物傳感器配合使用。然后將大量細菌放入由一系列小單元組成的設備中,並暴露於電信號下。

  當施加電壓時,觸發序列的水平升高,並記錄在DNA條形記錄帶中。將具有高比例觸發序列的延伸片段表示為二進制“1”,缺少這些序列則記為“0”,由此可將數字信息直接編碼到細菌的基因組中。

  一個單元可以容納的數據量很小,隻有3位。因此,研究人員設計了一種方法,可以同時對具有不同3位數據的24個單獨細菌群進行編碼,共計72位。研究人員用它將文本消息“hello world!”編碼入細菌,並演示了對合並菌群進行測序並使用專門設計的分類器,可以98%的准確率檢索到該信息。

  研究人員表示,活細胞內的DNA是一種更穩定的介質,可以在無法預測的條件下長期保存。保留在細胞外部的DNA可能被降解,而細菌具有適應環境變化的能力,並且可在惡劣的條件下生存。將數據存儲在細胞中而不是在體外具有許多明顯的好處。放大或復制數據要便宜得多,因為可以簡單地培養更多的細胞,而不必進行復雜的人工DNA合成,從而在短期內就可將系統的容量大規模擴展幾個數量級。

  總編輯圈點

  基因物質本身就具備天然的數據存儲介質,因此“活細胞硬盤”的想法,科學家早已有之。但在實際操作中,這一方式距離傳統硬盤的存儲容量還有距離。不過,活細胞一直能被視為下一代存儲設備中的潛力股,原因就是它的穩定與長期存儲特性,科學家寄希望於未來可利用其進行長時間的分子事件記錄和監控,從而進一步成為人類研究癌症、衰老和有機體發展等的強大工具。

(責編:趙竹青、呂騫)

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