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新系統可擦寫DNA數據存儲

日期:2012-05-24 08:11:32

據報道,斯坦福大學生物工程系的科學家創建了一種新系統,能夠重復編碼、擦寫和儲存活體細胞DNA中的數據。他們表示,可編程的數據存儲在活體細胞的DNA內,或可成為研究癌癥、衰老和有機體發展等的強大工具。相關研究報告發表在同日出版的美國《國家科學院學報》上。

 

雖然基因物質本身就具備天然的數據存儲介質,但支持科學家可靠且可逆地將信息寫入活體DNA的工具仍十分匱乏。以前的研究雖可通過單個酶的表達朝一個方向翻轉基因序列,但這一過程并不可逆,而科研人員需要不斷翻轉基因序列以創建可完全重復使用的數據存儲器。

 

科學家坦言,雖然翻轉DNA的截面至兩個方向之一并不困難,但獲取蛋白質水平的平衡卻非易事。為了使新系統正常工作,研究團隊需要精確控制微生物內兩個對立蛋白質、整合酶和切除酶的動態。

 

他們經過3年多達750次的嘗試,最終成功創建了相當于1比特(1位)的基因物質。相關人員解釋說,如果DNA的截面指向一個方向,它就是0,如果指向另一個方向,其就是1。由此,科研人員能計算出細胞分裂的次數,這或將賦予科學家制止細胞癌變發生的能力。

 

研究小組將這款設備命名為“重組酶可尋址數據”模塊(RAD)。RAD可借助改編自噬菌體的絲氨酸和切除酶來按需翻轉和還原特定的DNA序列。這將形成類似于計算機領域的“永久性數據存儲”,能在無功耗的情況下保留信息。隨后,科研小組在單個微生物內對RAD模塊進行了測試,其在缺乏基因表達的情況下也能被動存儲信息,十分可靠。此外,它們能重復切換而不使性能發生退化,使科學家目睹細胞分裂100余次,這對支持組合化的數據存儲十分重要。

 

研究人員表示,他們未來的目標是盡快創建可擴展的、可靠的生物位,實現1字節的可編程基因數據的存儲,隨后再逐步挖掘基因數據存儲更廣泛的應用范圍。

 


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