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人类存储技术新突破：科学家将视频放入大肠杆菌:DNA像硬盘一样存 |
| 发布时间：2017-07-13 文章来源：中国青年网 浏览次数：2709 |
科学家将视频放入大肠杆菌:DNA像硬盘一样存储
2017-07-13
13:58:40阅读 (2068)中国青年网
一个人骑着马狂奔的Gif图（原图，左），科学家把这张Gif图存到了一群大肠杆菌的基因组里。读取出来的图像（右）。
不久的将来，我们的电脑"硬盘"需要的能源或许不再是电力，而是一点点食物，或者说培养基。
7月13日，在线发表在国际学术期刊《自然》（Nature）上的一篇研究论文显示，美国哈佛大学医学院的研究人员赛斯•希普曼(Seth Shipman)带领的研究人员，将一部视频短片（Gif图）存进了活的大肠杆菌里。
通过DNA测序，他们还能把这些存在这些活细胞里的数据读取出来。
《自然》期刊官网报道称，美国北卡罗莱纳州导体企业家维克托•日尔诺夫（Victor Zhirnov）表示，希普曼等人研究是一个革命性成果，“就像是1903年人类发明的第一架飞机，从那时起，10年后，人类拥有的飞机，和今天我们拥有的很相像了。"
大肠杆菌是人们日常生活最遇到的细菌之一，大部分无害。
这部视频短片的内容是一个人骑着马狂奔时的情景，它只有5帧图像，36x26个像素大小。但它被写进了大肠杆菌的DNA里，可以被复制、保存以及读取。读取这些信息的方式是DNA测序，根据测序得到的DNA序列信息，可以把画面重构出来。
除存了一张人骑着马狂奔的Gif图，研究人员还尝试在这群细菌中存了一张人手的照片。上图是其编码、存储和读取信息的过程。
该论文的标题是《用CRISPR–Cas系统把一部数字电影存进一群细菌的基因组中》（CRISPR–Cas encoding of a digital movie into
the genomes of a population of living bacteria）。
DNA的特点是能够在生物体内高保真地复制，从而保证其正确地被传递下去。研究人员发现，他们目前存取信息的准确度能达到90%左右。
但如何将这一信息存入大肠杆菌呢？
要解决两个问题：首先是如何编码，然后是如何将这些电报一样的编码转入，并稳定地储存在大肠杆菌中。
DNA是包括人在内很多生命体的遗传物质，储存着生命最重要的遗传信息。作为生物细胞中最稳定的成分之一，长长的DNA序列由一个个核苷酸组成。在人类基因组中，三个核苷酸代表一个语义。
研究人员在一群大肠杆菌中存储了一张gif图：一个人骑着马狂奔。上图是其编码、存储和读取信息的过程。
在希普曼的研究中，他们也用核苷酸生成代码，一个代码关联一张图片中单个像素。也就是说，每个像素都对应着多个核苷酸组成的DNA序列。
视频由一张张按时间顺序出现的图像组成，单张图像被解构成像素代码，对应着核苷酸序列。
研究人员合成了代表上述图像的DNA序列，通过电穿孔技术，把这些DNA转入大肠杆菌中。在CRISPR-Cas系统的帮助下，这些DNA被整合到大肠杆菌基因组中。一旦整合，就实现了信息的存储。
CRISPR-Cas系统被称为基因魔剪，是目前最火的基因编辑技术。它能够添加或删减细胞基因组，甚至不留下任何抗性标记。
在CRISPR系统的帮助下，希普曼初步实现了在活细胞中储存数据的概念性的设计——DNA存储。此外，他们还测试了哪些序列最适合将数据传输至基因组。
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