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Your Good Partner in Biology Research

Science重要成果:在DNA上編書

日期:2012-08-20 08:36:31

一本用寡核苷酸寫成的書籍展示了一個以DNA為基礎存檔和檢索信息的體外系統。

 

DNA是一種理想的數據存儲材料。它可以數千年維持穩定,當受損時仍可讀取。不同于軟盤,這種讀寫DNA數據的裝置——聚合酶和核苷酸——不會很快被淘汰。

 

DNA上存檔信息的新一代系統剛剛通過了一個概念驗證測試。一本包含53,426個單詞、11張圖像和一個JavaScript程序的書被編入DNA中,之后再度被成功讀取。這本書是合成生物學上一份html版本的草案文本,來自哈佛大學醫學院的George Church教授將這一成果發布在817日的《科學》(Science)雜志上。

 

研究的共同作者、哈佛大學維斯仿生工程研究所研究員Sriram Kosuri說研究小組沒有選擇經典書籍《Moby Dick,》,而是選擇了教會書,這是因為它包含html標簽和其他“現代格式”。

 

這本書被分為數個96比特(bit)數字數據組塊,這些數字數據轉變為了近55,000個寡核苷酸序列,用AC表示0GT表示1。這種編碼的靈活性意味著可以避免帶有難于測序的二級結構或重復的序列。這些寡核苷酸是用96個核苷酸數據,加上供擴增和測序的側翼序列合成,在書中用條形碼顯示定位,與頁碼和行數相似。該書現在被儲存在一個試管中。閱讀該書比操作Kindle電子閱讀器略難。可利用側翼區域通過PCR擴增這些寡核苷酸并測序。只利用具有適當長度和一個準確條形碼的序列,研究人員重組裝和解碼了信息,在527bit中只發現了10個錯誤。

 

相比較早期的DNA存儲機制,這一系統的主要優點在于它是完全體外的,避免了在細菌中耗時的克隆。然而,新系統不可重寫或檢索。改變信息需要重新合成,且搜索需要測序。因此不要指望你的書庫很快會存放在微孔板上。Kosuri說該項目主要是顯示DNA如何能夠被用于高密度、長期的信息存檔,他將這一研究稱為“思考替代存儲機制的一個良好的起點。”

 

Kosuri解釋說隨著我們累積數字信息,我們需要更好的存檔技術。如DNA的三維聚合物存儲的信息遠比表面編碼數據的版式更密集。一個以DNA為基礎的信息儲存系統密度相比一張CD可以高10個數量級(測量為每立方毫米log­10比特)。Kosuri估計1帕字節信息(1000兆兆字節)可以被存儲在不到1.5毫克的DNA中。

 

除提高了信息存儲,這項研究之所以是開創性的是因為高級研究人員完成了工作臺的工作。“這對我們是一個角色的轉換,但是Church想要回到實驗室,因此他完成了大部分的工作,”Kosuri說。Church說完成PCR和測序準備“就像騎自行車,它全部都回來了。”

 


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