清華新聞網(wǎng)2月27日電 在數(shù)據(jù)存儲領(lǐng)域,，DNA存儲技術(shù)因其高密度,、長壽命,、低能耗和高安全性等優(yōu)勢而備受關(guān)注,。近期,，清華大學機械工程系熊卓教授團隊提出了一種基于工程化活體存儲微球（Engineered Living Memory Microspheroids，簡稱 ELMM）的新型DNA數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng),，為大規(guī)模數(shù)據(jù)存儲提供了新的解決方案,。這種活體存儲微球攜帶彩色熒光標記，被形象地稱為“細菌彩珠硬盤”,。
圖1.基于“細菌彩珠硬盤”的DNA存儲系統(tǒng)
傳統(tǒng)DNA存儲方法面臨數(shù)據(jù)檢索效率低,、存儲成本高以及數(shù)據(jù)穩(wěn)定性不足等挑戰(zhàn)。熊卓教授團隊將編碼后的DNA信息插入帶有熒光表達功能的質(zhì)粒中,，并將其轉(zhuǎn)化至細菌內(nèi)部,，隨后利用微流控技術(shù)將這些細菌封裝于水凝膠微球中，成功構(gòu)建了“細菌彩珠硬盤”,。這種微球不僅能有效保護基因改性細菌免受外界環(huán)境干擾,，防止泄漏，還能通過細菌產(chǎn)生熒光作為標記,，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速檢索和分類,。團隊進一步證實了ELMM在室溫下的長期穩(wěn)定性，通過多次凍干和復(fù)水實驗,，證明其在多輪循環(huán)后仍能保持功能,。此外，他們展示了ELMM系統(tǒng)的高檢索效率,，借助熒光輔助分選（FAS）技術(shù),，實現(xiàn)了對特定DNA數(shù)據(jù)的快速檢索，即使在數(shù)據(jù)拷貝量極少（每種文件約10個拷貝）的情況下,，數(shù)據(jù)也能被準確檢索,，并通過細菌擴增實現(xiàn)快速廉價信息拷貝，理論檢索速度可達196.72MB/s,。該系統(tǒng)有望以一個普通家庭冰箱的體積（1.5m3）存儲約260700PB的信息,。研究突破了現(xiàn)有DNA存儲的技術(shù)瓶頸，有望推動DNA存儲技術(shù)走向應(yīng)用,，為未來大規(guī)模數(shù)據(jù)存儲提供高效,、穩(wěn)定且可持續(xù)的解決方案。
圖2.傳統(tǒng)DNA存儲系統(tǒng)（a）和“細菌彩珠硬盤”DNA存儲系統(tǒng)（b）的工作流程
相關(guān)研究成果以“基于工程化活體存儲微球的檔案文件系統(tǒng)用于隨機可訪問的體內(nèi)DNA存儲”（Engineered Living Memory Microspheroid-Based Archival File System for Random Accessible In Vivo DNA Storage）為題,，于2月21日在線發(fā)表于《先進材料》（Advanced Materials）,。
熊卓為論文通訊作者，清華大學機械系2021級博士生駱浩為論文第一作者,。論文的其他合作者包括清華大學機械系原科研助理黃文,、生命學院2020級本科生賀忠輝、機械系助理教授方永聰,，以及機械系博士后田月明,。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1002/adma.202415358
供稿：機械系
編輯：李華山
封面圖設(shè)計：賀茂藤
審核：郭玲
