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研究人员储存在细菌细胞中的骏马视频中的框架

2019-01-06 11:33:58 • 来源：

研究人员长期以来一直在试验使用遗传分子DNA作为数据存储。现在，美国研究人员更进了一步：他们将活细菌细胞转化为数据存储。他们成功地编写了微生物基因组中的一只手的照片，甚至是一匹奔马的短片。这是因为它们的基因工具CRISPR / Cas9本质上的微生物能够将外源DNA掺入其基因组中。

DNA长期以来一直是大自然作为信息的有效载体。通过DNA链中的碱基序列，生物体编码蛋白质的组装说明和细胞的重要控制功能。相对简单的DNA基本代码也可以分子存储人造信息。研究人员早已在实验室中创建了DNA片段，用于编码文本片段甚至图像的数据。这样的巨大优势：这样的DNA“计算机”具有极高的数据密度：只需一克DNA就可以节省大约300,000太字节的数据。“存储在DNA数据的又相对未开发的方式，然而，是直接将信息写入到活细胞的基因组中的能力，”哈佛大学和他的同事赛斯希普曼说。

Genscher作为“DNA记录器”

研究人员实际上可以使用活细菌细胞作为数据存储，研究人员现在以惊人的方式进行了演示。这得益于许多细菌自然拥有的遗传工具：CRISPR / Cas9系统。微生物使用这种基因剪刀和安装助手的组合从受入病毒的基因组中切出小基因片段，并将它们插入到自己DNA中的特定位置。这些DNA包作为细菌免疫防御的记忆，帮助它们更有效地抵御未来的病毒攻击。

希普曼和他的同事现在利用这种天然的细菌库并将其挪用于数字图像数据的存储。首先，他们将手的简单黑白图像的每个像素的图像信息编码为DNA碱基序列。在每种情况下，28个DNA碱基存储一个图像像素的数据，总共784个字节的图像信息被编码。设计这些实验室产生的DNA链以匹配使用CRISPR的细菌产生的典型DNA包。然后研究人员将这些包裹放入大肠杆菌细菌群中 - 这是一种常用于生物技术的肠道细菌。一天后，科学家们测试他们是否能够回忆起存储的信息：

Handfoto和马电影已保存

因此，研究人员能够重新获得在活细胞中缓存的图像信息：“可以准确地检索到88%到96%的像素序列用于手持图像，”Shipman和他的同事们报告说。受到这一成功的鼓舞，科学家现在设定了更高的标准：他们测试了它是否可以在细菌细胞的短片中以相同的方式储存。可以这么说，这些细胞可以作为生活录像机。为此，研究人员在DNA中编码了五匹奔马的电影图像信息。电影的每一帧都已转换为CRISPR标准包。这样细菌以正确的顺序存储这些框架，研究人员将相应的包一个接一个地送入细胞培养 - 每天一个DNA包。Shipman及其同事解释说，由于细菌的CRISPR机制总是将新的外源DNA附加到已经存储的DNA包上，所以包的序列也编码帧的顺序。

这个实验也很成功：细菌在基因组中记录了胶片数据并将其保存。一天后，研究人员能够通过DNA测序检索这些信息。“我们能够重建每一帧以及帧的顺序，”希普曼和他的同事报告说。重建完成了90%以上。“这表明这个系统可以在一群活细胞的基因组中占据并存储几乎可用的数据，”科学家说。他们现在计划将其他细胞转变为分子记录器并优化其系统以编码更多信息。

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