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国际视野

美国:在细菌中存储图片和视频

作者:吴志杰/编译 来源:《大西洋月刊》 发表时间:2017-09-06

日前,来自哈佛医学院的神经学科学家Seth Shipman在一种全新媒介 —— 大肠杆菌基因组中存储了一组5帧图像的GIF图和一张照片。本次实验的成功标志着把微生物变成实时记录介质的第一步顺利完成。

据悉,本次试验中用到的技术主要是CRISPR(即基因组编辑技术,这种技术可在特定位置切割DNA链以实现基因编辑)。事实上,CRISPR数十亿年前就已产生,最初是作为细菌防御病毒的一种机制。病毒能在不影响细菌形成新的基因序列的情况下,把自己的基因整合到细菌基因中的特定位置,并利用细菌的细胞工具为自己的基因复制服务。而细菌为了将病毒的外来入侵基因清除,进化出了Cas9酶,该酶可切除任何整合到细菌基因中的病毒基因。这种酶在数十年前为微生物学家所发现并掌握了其工作原理。近年来,科学家成功地能将二进制代码转换成DNA双螺旋结构中A、C、G、T碱基,将各种形式的数字文件编码成DNA形式并存储在细菌中,逐渐引起科学界的关注。

Seth Shipman透露本次试验主要有3个步骤。首先,将照片和GIF图进行DNA编码,使数字信息转换成DNA形式,其中GIF编码更具挑战性,不仅要对每帧进行编码,还要对每帧的顺序进行编码。其次,利用CRISPR将这些以DNA链形式存在的编码信息放到大肠杆菌菌落中,这种环境可使DNA链迅速增殖。最后,对存储CRISPR信息的大肠杆菌基因组进行测序,并将这些序列解码成数字化数据,确定是否可还原原始照片和GIF图。

Shipman说:“我们的终极目标是将细胞转化为实时的记录设备。毋庸置疑,DNA将会成为未来最好的存储媒介。我们需要做的是利用细胞来记录我们不能发现的环境或一些生物信息等。完成这一目标还有很长的路要走,但本次试验展示的细菌能存储大量有意义信息的这一结论将使我们更加坚定了信心。”