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      研究人員儲(chǔ)存在細(xì)菌細(xì)胞中的駿馬視頻中的框架
      
			
      
				2019-01-06 11:33:58
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			  來(lái)源：
			
      
		
      
				
		
      
			
      研究人員長(zhǎng)期以來(lái)一直在試驗(yàn)使用遺傳分子DNA作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)?，F(xiàn)在，美國(guó)研究人員更進(jìn)了一步：他們將活細(xì)菌細(xì)胞轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。他們成功地編寫了微生物基因組中的一只手的照片，甚至是一匹奔馬的短片。這是因?yàn)樗鼈兊幕蚬ぞ逤RISPR / Cas9本質(zhì)上的微生物能夠?qū)⑼庠碊NA摻入其基因組中。
      

      

      DNA長(zhǎng)期以來(lái)一直是大自然作為信息的有效載體。通過(guò)DNA鏈中的堿基序列，生物體編碼蛋白質(zhì)的組裝說(shuō)明和細(xì)胞的重要控制功能。相對(duì)簡(jiǎn)單的DNA基本代碼也可以分子存儲(chǔ)人造信息。研究人員早已在實(shí)驗(yàn)室中創(chuàng)建了DNA片段，用于編碼文本片段甚至圖像的數(shù)據(jù)。這樣的巨大優(yōu)勢(shì)：這樣的DNA“計(jì)算機(jī)”具有極高的數(shù)據(jù)密度：只需一克DNA就可以節(jié)省大約300,000太字節(jié)的數(shù)據(jù)。“存儲(chǔ)在DNA數(shù)據(jù)的又相對(duì)未開(kāi)發(fā)的方式，然而，是直接將信息寫入到活細(xì)胞的基因組中的能力，”哈佛大學(xué)和他的同事賽斯希普曼說(shuō)。
      

      Genscher作為“DNA記錄器”
      

      研究人員實(shí)際上可以使用活細(xì)菌細(xì)胞作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，研究人員現(xiàn)在以驚人的方式進(jìn)行了演示。這得益于許多細(xì)菌自然擁有的遺傳工具：CRISPR / Cas9系統(tǒng)。微生物使用這種基因剪刀和安裝助手的組合從受入病毒的基因組中切出小基因片段，并將它們插入到自己DNA中的特定位置。這些DNA包作為細(xì)菌免疫防御的記憶，幫助它們更有效地抵御未來(lái)的病毒攻擊。
      

      希普曼和他的同事現(xiàn)在利用這種天然的細(xì)菌庫(kù)并將其挪用于數(shù)字圖像數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。首先，他們將手的簡(jiǎn)單黑白圖像的每個(gè)像素的圖像信息編碼為DNA堿基序列。在每種情況下，28個(gè)DNA堿基存儲(chǔ)一個(gè)圖像像素的數(shù)據(jù)，總共784個(gè)字節(jié)的圖像信息被編碼。設(shè)計(jì)這些實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生的DNA鏈以匹配使用CRISPR的細(xì)菌產(chǎn)生的典型DNA包。然后研究人員將這些包裹放入大腸桿菌細(xì)菌群中 - 這是一種常用于生物技術(shù)的腸道細(xì)菌。一天后，科學(xué)家們測(cè)試他們是否能夠回憶起存儲(chǔ)的信息：
      

      Handfoto和馬電影已保存
      

      因此，研究人員能夠重新獲得在活細(xì)胞中緩存的圖像信息：“可以準(zhǔn)確地檢索到88%到96%的像素序列用于手持圖像，”Shipman和他的同事們報(bào)告說(shuō)。受到這一成功的鼓舞，科學(xué)家現(xiàn)在設(shè)定了更高的標(biāo)準(zhǔn)：他們測(cè)試了它是否可以在細(xì)菌細(xì)胞的短片中以相同的方式儲(chǔ)存?？梢赃@么說(shuō)，這些細(xì)胞可以作為生活錄像機(jī)。為此，研究人員在DNA中編碼了五匹奔馬的電影圖像信息。電影的每一幀都已轉(zhuǎn)換為CRISPR標(biāo)準(zhǔn)包。這樣細(xì)菌以正確的順序存儲(chǔ)這些框架，研究人員將相應(yīng)的包一個(gè)接一個(gè)地送入細(xì)胞培養(yǎng) - 每天一個(gè)DNA包。Shipman及其同事解釋說(shuō)，由于細(xì)菌的CRISPR機(jī)制總是將新的外源DNA附加到已經(jīng)存儲(chǔ)的DNA包上，所以包的序列也編碼幀的順序。
      

      這個(gè)實(shí)驗(yàn)也很成功：細(xì)菌在基因組中記錄了膠片數(shù)據(jù)并將其保存。一天后，研究人員能夠通過(guò)DNA測(cè)序檢索這些信息。“我們能夠重建每一幀以及幀的順序，”希普曼和他的同事報(bào)告說(shuō)。重建完成了90%以上。“這表明這個(gè)系統(tǒng)可以在一群活細(xì)胞的基因組中占據(jù)并存儲(chǔ)幾乎可用的數(shù)據(jù)，”科學(xué)家說(shuō)。他們現(xiàn)在計(jì)劃將其他細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)榉肿佑涗浧鞑?yōu)化其系統(tǒng)以編碼更多信息。
      
			

			
        
      
			
      
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