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CRISPR技术成功将数据存储在活细胞DNA中

时间: 2021年01月13日 18:04 | 作者:朗依制药 | 来源: 医药资讯| 阅读: 53次

  科技日报记者 冯卫东

  据最新一期《自然·化学生物学》杂志报道,美国研究人员通过CRISPR技术,将数字电子信号直接转换为存储在活细胞基因组中的遗传数据,这或是迈向开发用于长期数据存储的新介质的关键一步。

  

CRISPR技术成功将数据存储在活细胞DNA中



  美国哥伦比亚大学研究团队使用CRISPR基因编辑技术,将编码二进制数据(计算机用来存储数据的1和0)的特定DNA序列插入细菌细胞。通过将这些DNA序列的不同排列分配给不同英文字母,研究人员将文本消息“hello world!”成功编码进了大肠杆菌细胞内的DNA中。研究团队随后通过提取和测序细菌DNA解码了该消息。

  该项工作建立在研究团队先前为大肠杆菌设计的基于CRISPR的细胞记录仪的基础上,该记录仪检测细胞内某些DNA序列的存在并将该信号记录到生物体的基因组中。该系统包括一个基于DNA的“传感模块”,该模块响应特定的生物信号而产生高水平的“触发序列”。这些序列被并入记录仪的“DNA录音带”中以记录信号。

  研究团队在新研究中对传感模块进行了改装,使其可以与另一个对电信号作出反应的生物传感器配合使用。然后将大量细菌放入由一系列小单元组成的设备中,并暴露于电信号下。

  当施加电压时,触发序列的水平升高,并记录在DNA条形记录带中。将具有高比例触发序列的延伸片段表示为二进制“ 1”,缺少这些序列则记为“ 0”,由此可将数字信息直接编码到细菌的基因组中。

  一个单元可以容纳的数据量很小,只有3位。因此,研究人员设计了一种方法,可以同时对具有不同3位数据的24个单独细菌群进行编码,共计72位。研究人员用它将文本消息“hello world!”编码入细菌,并演示了对合并菌群进行测序并使用专门设计的分类器,可以98%的准确率检索到该信息。

  72位元离现代硬盘驱动器的存储容量还差得很远,甚至无细胞的DNA存储技术目前也可以处理几千亿字节。但研究人员表示,活细胞内的DNA是一种更稳定的介质,可以在无法预测的条件下长期保存。保留在细胞外部的DNA可能被降解,而细菌具有适应环境变化的能力,并且可在恶劣的条件下生存。将数据存储在细胞中而不是在体外具有许多明显的好处。放大或复制数据要便宜得多,因为可以简单地培养更多的细胞,而不必进行复杂的人工DNA合成,从而在短期内就可将系统的容量大规模扩展几个数量级。

  不过,也有研究人员表示,随着细菌的适应和变化,其DNA也会发生变化。这些变化可能会影响编码信息。其中一个主要的错误来源是细胞复制过程中DNA的突变。虽然该成果距离替代当前数字存储设备还有很长的路要走,但这或是重要的一步。

文章标题: CRISPR技术成功将数据存储在活细胞DNA中
文章地址: http://www.laneva.com.cn/news/376387.html
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