Sci Adv | 雙質(zhì)粒編輯系統(tǒng)解決DNA數(shù)字存儲難題

原創(chuàng)?圖靈基因?圖靈基因?2022-08-29 10:12?發(fā)表于江蘇

收錄于合集#前沿分子生物學技術(shù)

基于DNA的信息是一個新的領(lǐng)域，希望利用DNA作為信息存儲介質(zhì)來填補長期數(shù)據(jù)存儲的空白。盡管DNA具有潛力，但研究人員在準確重寫DNA序列中編碼的數(shù)字信息時仍面臨問題?，F(xiàn)在，中國科學院長春應用化學研究所（CIAC）的研究人員報告說，他們已經(jīng)創(chuàng)建了一種雙質(zhì)粒編輯系統(tǒng)，可以增強DNA的數(shù)字存儲。

一項新研究的結(jié)果發(fā)表在《Science Advances》雜志上的一篇題為“In vivo processing of digital information molecularly with targeted specificity and robust reliability”的論文中。

“DNA作為一種有吸引力的信息存儲介質(zhì)，引起了越來越多的關(guān)注。然而，對存儲在細胞內(nèi)DNA中的數(shù)字數(shù)據(jù)進行目標特異性重寫仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)，因為高度重復的性質(zhì)和不均勻的鳥嘌呤胞嘧啶含量使編碼的DNA序列與內(nèi)源性DNA序列很難兼容?！毖芯咳藛T寫道，“在這項研究中，將基于基因編輯工具的雙質(zhì)粒系統(tǒng)引入大腸桿菌中，以準確處理信息?！?/p>

DNA數(shù)據(jù)存儲技術(shù)一般有兩種模式，即“體外硬盤模式”和“體內(nèi)CD模式”。體內(nèi)模式的主要優(yōu)點是其通過細胞復制的低成本、可靠的染色體DNA復制。由于這個特性，它可以用于快速和低成本的數(shù)據(jù)復制傳播。然而，由于某些信息的編碼DNA序列包含大量重復和均聚物的出現(xiàn)，因此這些信息只能“寫入”和“讀取”，而不能準確地“重寫”。

清華大學化學系的劉凱教授、中國科學院長春應用化學研究所的李晶晶教授和浙江大學的陳東教授領(lǐng)導的研究團隊最近開發(fā)了一個雙質(zhì)粒編輯系統(tǒng)，用于精確處理微生物載體中的數(shù)字信息。研究人員使用編碼算法和信息編輯工具在體內(nèi)建立了雙質(zhì)粒系統(tǒng)。

研究人員報告說，雙質(zhì)粒系統(tǒng)可以作為體內(nèi)基于DNA的信息重寫的通用平臺，這為在分子水平上對大型復雜數(shù)據(jù)進行信息處理和目標特異性重寫提供了新的策略。

“我們相信，這一策略也可以應用于具有更大基因組的活體宿主，例如酵母，這將進一步為大數(shù)據(jù)存儲的實際應用鋪平道路。”研究人員說。

“引入了光學報告器作為在分子水平上呈現(xiàn)數(shù)據(jù)處理的先進工具?！毖芯咳藛T解釋說，“重寫的信息被穩(wěn)定地存儲并放大了數(shù)百代。我們的工作展示了一種用于高效數(shù)據(jù)存儲、放大和重寫的數(shù)字到生物信息處理方法，從而有力地促進了基于DNA的信息技術(shù)的應用?！?/p>