為了記錄活細胞中的生物學(xué)事件，合成生物學(xué)家Drew Endy和他的研究小組成功構(gòu)建出了第一個基于DNA的可重寫記憶模塊。相關(guān)論文發(fā)表在《美國科學(xué)院院刊》（PNAS）上。

當我們談及數(shù)據(jù)存儲時，通常是就比特（bits）、硬盤（hard drive）和服務(wù)器（servers）而言。然而近來科學(xué)家們一直在尋找新的存儲設(shè)備：DNA。他們的想法基于DNA能夠記錄所有觸發(fā)衰老、癌癥和其他發(fā)育過程的細胞事件。但是到目前為止科學(xué)家們還只創(chuàng)造出有限的單次寫入技術(shù)。

現(xiàn)在來自斯坦福大學(xué)的研究人員設(shè)計出了第一個基于DNA的可重寫記憶模塊，將其命名為重組酶可尋址數(shù)據(jù)（recombinase addressable data ，RAD）模塊，它可在活細胞中提供高達1位的數(shù)據(jù)存儲。這種模塊能夠?qū)懭搿⑶宄椭貙憯?shù)據(jù)記錄像細胞分裂一樣的重復(fù)事件。與之相反，從前的基于DNA單次寫入存儲系統(tǒng)只能處理線性數(shù)據(jù)。

斯坦福大學(xué)Drew Endy實驗室的博士后、研究作者Jerome Bonnet說：“想象一張光盤（CD），你只能在上面刻錄一次……很快你就會將其空間填滿?，F(xiàn)在我們想出了一種方法可以根據(jù)我們的意愿寫入及重寫多次，在性能上我們沒有看到任何的變化?！?/SPAN>

為了構(gòu)建出這一模塊，Bonnet和他的共同作者們需要在兩種狀態(tài)間重復(fù)可靠地改變一段DNA序列的遺傳定向。在一種狀態(tài)中，序列表達一種綠色熒光蛋白；在另一種狀態(tài)中，則表達紅色熒光蛋白。為了在兩種狀態(tài)間切換，研究人員控制了兩種蛋白：整合酶（integrase）和切除酶（integrase）的合成。在他們的系統(tǒng)中，整合酶可以逆轉(zhuǎn)DNA序列；兩種酶同時存在就會將模體重設(shè)為初始的方向。

這種RAD模塊由設(shè)置和重設(shè)置（set-and-reset）輸入信號驅(qū)動，在微生物中修改DNA部分序列來確定在紫外燈下單細胞生物體將如何發(fā)出熒光。微生物發(fā)出紅色或綠色光取決于DNA片段的定向。

但是當這兩種蛋白被置于同一個細胞內(nèi)時會高度的不穩(wěn)定，這導(dǎo)致大量初期的設(shè)計都已失敗告終。文章的共同作者、斯坦福大學(xué)的研究生Pakpoom Subsoontorn 說：“在一個活細胞中進行這種化學(xué)計量非常的棘手。我們需要精確地控制每個蛋白多少必須到達正確的狀態(tài)?！?/SPAN>

經(jīng)過3年的優(yōu)化設(shè)計，研究小組找到了這兩種蛋白的適當平衡。在新研究論文中，研究人員描述了他們的RAD記憶元件，它能夠在缺乏外源基因表達的情況下超過100次細胞分裂中被動存儲信息。

現(xiàn)在，該研究小組正在探索其他的酶以提高他們方法的效率，他們的下一個目標是將模塊的存儲性能提高到8位（bits）或1字節(jié)（byte）。

“如果你想用這種存儲器來追蹤單個活細胞中的事件例如用于研究衰老，你正在追蹤的事件規(guī)?；驍?shù)量通常是50-200個事件。我們將需要大約8位的數(shù)據(jù)存儲來記錄它，”Subsoontorn說。