DNA 数据存储技术可能会取代传统的芯片或磁性数据存储介质，提供长期稳定性、高密度和可持续的存储。其包括“体外硬盘模式”和“体内 CD 模式”两种类型。目前，哪种模式更胜一筹尚未形成明确定论。

就“体外硬盘模式”来说，虽然有像氢键这样的分子作用力维持着 DNA 双螺旋的稳定性，但 DNA 的保质期仍然受到环境因素造成的外部压力的影响。即使采用 DNA 封装的方案保护 DNA 免受环境影响，DNA 仍然会被氧化和水解，进而导致 DNA 链断裂，造成不可修复的阅 读错误。

相比之下，“体内 CD 模式”由于活细胞内的基因组维护机制，能够纠错，从而表现出高保真度。

华大研究院团队曾将信息存储在酵母活细胞的体内，酵母菌株经过 1000 代以上传代之后，信息仍可以被完美恢复。

近日，南方科技大学的研究人员在 ACS Synthetic Biology 上发表了一项新研究，报告了与诱导型人工组装细菌染色体相结合的芽孢杆菌底盘的开发，以促进随机数据访问。相关文章题为“”。生物医学工程系副研究员和他的博士后为文章的共同通讯作者。

在活的生物体内进行 DNA 存储，主要限制是对细胞维护的需求。研究人员表示，由于这些生物的适应性行为，持续的选择压力可能会导致存储数据的丢失。所以，为 DNA 存储选择合适的细胞底盘时，首要考虑的就是能够长时间稳定地保存 DNA 序列。

芽孢杆菌孢子结构独特，赋予 DNA 免受外部元素降解和损伤的保护作用。包裹孢子的多层蛋白质可以解毒破坏 DNA 的化学试剂，限制化学物质进入孢子内核，并且可以修复存储在内核中的 DNA。

小酸可溶性蛋白（SASP）是与 DNA 双螺旋紧密结合的关键成分，使孢子对紫外线照射、化学和酶的攻击具有更强的抵抗力。此外，孢子可以在没有营养的情况下长时间保持活力，因为它们在新陈代谢上处于休眠状态，并在有利的环境下会恢复到发芽状态。

在这项研究中，研究人员开发了一个与人工染色体结合的芽孢杆菌底盘，用于长期存储 DNA 数据。

作为概念验证，研究人员使用了一个从早期研究[2]中改编的初级改良的四碱基编码系统，将三组数据翻译成核苷酸碱基序列。

▲图丨工作流程示意图（来源：ACS Synthetic Biology）

研究人员开发了一个使用不同诱导性启动子的随机访问系统，以促进从人工染色体编码的数据库中提取数据。生成的数据库被整合到芽孢杆菌人工存储染色体（pBASC）中，这是一个由三个功能诱导系统和两个抗生素抗性基因组成的合成载体。

在此基础上，研究人员将芽孢杆菌孢子存储在一个优化的存储环境中，并在高温、氧化条件和紫外线照射等恶劣环境压力下测试了芽孢杆菌孢子的长期存储稳定性，从而进一步提高了孢子的保质期。

数据显示，在高温和氧化应激处理后，数据的准确性仍然保持在 99% 以上；在紫外线照射处理后，数据的准确性则保持在 96% 以上。

研究结果证明，通过使用携带该载体的芽孢杆菌孢子，研究人员可以直接从发芽的孢子中检索数据，其中检索数据的错误率低于 5%，胜过其他已有的 DNA 数据存储方法。

参考资料：

1.

2.https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6415062/

欢迎合成生物学领域科研从业者扫码加群，加好友请备注“单位+领域+职位”（不加备注不予通过）↓↓↓