基于DNA的信息是連接信息技術(shù)和生物技術(shù)的一個新的跨學科領(lǐng)域，該領(lǐng)域希望通過使用 DNA 作為信息存儲介質(zhì)來滿足對長期數(shù)據(jù)存儲的巨大需求。  然而，盡管 DNA 承諾具有強穩(wěn)定性、高存儲密度和低維護成本，但研究人員仍面臨著準確重寫 DNA 序列中編碼的數(shù)字信息的問題。

DNA數(shù)據(jù)存儲技術(shù)一般有兩種模式，即“體外硬盤模式”和“體內(nèi)CD模式”，體內(nèi)模式的主要優(yōu)點是其通過細胞復制低成本、可靠地復制染色體DNA。  由于這個特性，它可以用于快速和低成本的數(shù)據(jù)復制傳播。   然而，由于某些信息的編碼DNA序列包含大量重復和均聚物的出現(xiàn)，因此這些信息只能“寫入”和“讀取”，而不能準確地“重寫”。

為解決重寫難題，清華大學化學系劉凱教授、中科院長春應用化學研究所李晶晶教授、浙江大學陳東教授帶領(lǐng)該研究小組最近開發(fā)了一種雙質(zhì)粒編輯系統(tǒng)，用于準確處理微生物載體中的數(shù)字信息， 該發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《Science Advances》。

研究人員利用設(shè)計合理的編碼算法和信息編輯工具在體內(nèi)建立了雙質(zhì)粒系統(tǒng)。  這種雙質(zhì)粒系統(tǒng)適用于存儲、讀取和重寫各種類型的信息，包括文本、密碼本和圖像。  它充分探索了 DNA 序列的編碼能力，無需任何尋址索引或備份序列。  同時兼容多種編碼算法，編碼效率高。  例如，當前系統(tǒng)的編碼效率達到每核苷酸 4.0 位。

為了在體內(nèi)重寫存儲在外源 DNA 序列中的復雜信息時實現(xiàn)高效率和可靠性，使用了各種 CRISPR 相關(guān)蛋白 (Cas) 和重組酶。 這些工具由其相應的 CRISPR RNA (crRNA) 引導，以切割 DNA 序列中的目標基因座，從而可以處理和重寫特定信息。 由于互補的核酸分子對之間的高度特異性，信息編碼的DNA序列被重組酶準確地重建以編碼新的信息。 由于對crRNA序列進行了優(yōu)化，信息改寫工具對復雜信息的適應性更強，從而實現(xiàn)了高達94%的改寫可靠性，與現(xiàn)有的基因編輯系統(tǒng)相媲美。

雙質(zhì)粒系統(tǒng)可以作為基于DNA的體內(nèi)信息重寫的通用平臺，從而為分子水平的大型復雜數(shù)據(jù)的信息處理和目標特異性重寫提供了新的策略。

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