2022-08-29

Sci Adv | 双质粒编辑系统解决DNA数字存储难题

原创 图灵基因 图灵基因 2022-08-29 10:12 发表于江苏

收录于合集#前沿分子生物学技术

基于DNA的信息是一个新的领域，希望利用DNA作为信息存储介质来填补长期数据存储的空白。尽管DNA具有潜力，但研究人员在准确重写DNA序列中编码的数字信息时仍面临问题。现在，中国科学院长春应用化学研究所（CIAC）的研究人员报告说，他们已经创建了一种双质粒编辑系统，可以增强DNA的数字存储。

一项新研究的结果发表在《Science Advances》杂志上的一篇题为“In vivo processing of digital information molecularly with targeted specificity and robust reliability”的论文中。

“DNA作为一种有吸引力的信息存储介质，引起了越来越多的关注。然而，对存储在细胞内DNA中的数字数据进行目标特异性重写仍然是一个巨大的挑战，因为高度重复的性质和不均匀的鸟嘌呤胞嘧啶含量使编码的DNA序列与内源性DNA序列很难兼容。”研究人员写道，“在这项研究中，将基于基因编辑工具的双质粒系统引入大肠杆菌中，以准确处理信息。”

DNA数据存储技术一般有两种模式，即“体外硬盘模式”和“体内CD模式”。体内模式的主要优点是其通过细胞复制的低成本、可靠的染色体DNA复制。由于这个特性，它可以用于快速和低成本的数据复制传播。然而，由于某些信息的编码DNA序列包含大量重复和均聚物的出现，因此这些信息只能“写入”和“读取”，而不能准确地“重写”。

清华大学化学系的刘凯教授、中国科学院长春应用化学研究所的李晶晶教授和浙江大学的陈东教授领导的研究团队最近开发了一个双质粒编辑系统，用于精确处理微生物载体中的数字信息。研究人员使用编码算法和信息编辑工具在体内建立了双质粒系统。

研究人员报告说，双质粒系统可以作为体内基于DNA的信息重写的通用平台，这为在分子水平上对大型复杂数据进行信息处理和目标特异性重写提供了新的策略。

“我们相信，这一策略也可以应用于具有更大基因组的活体宿主，例如酵母，这将进一步为大数据存储的实际应用铺平道路。”研究人员说。

“引入了光学报告器作为在分子水平上呈现数据处理的先进工具。”研究人员解释说，“重写的信息被稳定地存储并放大了数百代。我们的工作展示了一种用于高效数据存储、放大和重写的数字到生物信息处理方法，从而有力地促进了基于DNA的信息技术的应用。”