DNA日:破解基因组和存储数据

65年前，《自然》杂志发表了沃森和克里克的历史性论文，揭示了DNA的结构，或者用詹姆斯·沃森自己的话说，是“生命的秘密”。1953年，他跑进剑桥的鹰酒吧宣布他和克里克的发现，自此之后，众所周知的分子生物学就席卷了全世界:英国国家医疗服务体系(NHS)正忙着读取10万名患者的基因密码，美国科学家宣布了一项雄心勃勃的计划，要对地球上所有生命的DNA进行测序。凯蒂·海勒正在研究另外两个最近的DNA进展…

凯蒂-标志性的双螺旋:它就像一个奢侈的楼梯，用磷酸糖栏杆和底座做成的台阶;要么是C与G配对，要么是A与t配对。这些碱基编码构成蛋白质的氨基酸，这些氨基酸在体内具有各种功能。《DNA的结构》出版65年后，科学家们正以多种不同的方式使用这个神奇的分子。一种方法是进入并破坏、修改或添加现有的遗传物质，并且在为你我编码的同时，DNA可能很快就会为音乐编码

不只是人类有DNA:植物、动物，甚至微生物也有。一旦进入细胞，病毒就可以侵入其他生物体的复制机制，复制自己的DNA或DNA的化学表亲RNA。现在细菌已经进化出一种聪明的防御机制来抵御这种入侵;它们会切断开始入侵的病毒DNA。这种被称为CRISPR的DNa操作技术现在已经被科学家们利用，并在生物学领域产生了令人难以置信的影响。阿伯丁大学的乔纳森·佩蒂特报道。

乔纳森- CRISPR第一次让我们有能力随意改变生物体DNA的任何地方。这意味着我们可以移除基因，我们可以修改基因，我们可以添加基因，我们可以潜在地修改一个有机体，给它一个以前从未有过的基因。

CRISPR背后的关键是一种酶，它可以在特定的点切割DNA。它使用一个可编程的序列，我们可以设计它的目标是一个特定的DNA片段，它的工作原理，本质上，就像分子剪刀;它会到达我们指定的位置，并在DNA上切割。它对基础生物学研究产生了巨大的影响，因为我们以前无法尝试的问题现在向我们敞开了大门。我自己的研究，比如，我研究的是线虫C. elegans，它是研究遗传学的杰出模式生物，但我们一直希望能够一次去除很多很多的基因。以前，这在技术上是不可能的，现在我们可以做到了，关键的问题是，我们知道，对于很多动物来说，它们有给定基因的备份副本。所以，如果你有11个基因在做同样的事情或重叠的事情，你通常不会看到这些基因的影响，直到你把所有的11个基因都去除，我们现在可以用CRISPR来做。

我还没有提到的一件事是所有的酶都容易出错所以我们知道它会在我们瞄准的区域最有效地切割，但也有脱靶效应。很明显，如果我们要把它用在人类治疗中，这个问题就需要解决。

凯蒂-从理论上讲，CRISPR可以用于任何你想要研究基因如何工作的情况，这对研究由突变基因引起的癌症有着巨大的影响。但是DNA分子本身呢?它会有其他的功能吗?

DNA有点像一个生物手提箱;这是一个很棒的天然存储设备。毕竟，你所需要的一切都在里面。那么，如果这个分子可以存储一种类型的数据——基因数据——那么其他类型的数据呢?现代世界以惊人的速度产生数据，从你的手机，笔记本电脑，电子表格。你能想到的，所有的数据都必须存储在某个地方，随着我们越来越需要数据的生活，有能力这样做正成为一个问题。

那么DNA会成为新的硬盘吗?本周有消息称，瑞士的科学家们正在努力将Massive Attack乐队的专辑《Mezzanine》储存在DNA中。但是它非常昂贵那么DNA数据存储对于非名人和名人来说都是一个现实的选择吗?我和来自剑桥大学和欧洲分子生物学实验室的信息理论家乔西·萨伊尔谈过……

Jossy - DNA的主要优点是你在原子水平上存储数据，所以你以一种更密集的方式存储数据。你可以潜在地解决世界上的存储问题，并取代占据整个城市街区的庞大数据农场。

凯蒂:你首先需要修复数据，让你能够从DNA存储中检索数据。然后你把你的请求发送给一家专门的公司，他们会合成你所要求的DNA并将其发送给你。然后，当你需要检索数据时，你首先放大DNA，给它排序，这就是读取数据的地方。然后，嘿，很快，你就拿回了你的照片，或者word文档，或者，如果你是一个世界著名的音乐团体——专辑。

Jossy -这是一项噱头技术，这并没有什么错，但这项技术在未来有可能变得非常重要和有竞争力。为此，存储DNA的成本应该大幅下降，存储和检索DNA的速度也应该提高。当这种情况发生时，一个巨大的产业就有可能发展起来。

在我研究过的所有其他形式的存储或通信中，当你以特定的顺序发送数据时，它也会以相同的顺序被检索。在DNA中不是这样，你把数据按一定的顺序放入汤中，当你取回它时，它会以随机的顺序返回，这就是我面临的挑战。我如何准备数据，使我以随机顺序检索数据时，我仍然能够返回你的照片，例如，像素不会被随机打乱。

凯蒂:这是一个挑战。成本和时间是其他因素。但乔西说，有些人认为DNa存储可以潜在地保护人类一些最有价值的数据。

乔西:这是一个技术末日的场景，基本上，人类将以某种方式自我毁灭，或者至少失去所有的技术能力。会有一个新的中世纪，我们基本上会回到最基本的技术，也许是因为一场战争。所以也许，一千年后，我们会有一个新的科技文明，他们会想出新的存储方法，但他们不一定会发展出和我们一样的方法，所以他们永远无法检索我们的磁存储或光存储信息。

然而，他们会有学习DNA的动机，因为它存在于自然界中;这不是我们想出来的。因此，如果我们使用模拟自然界发生的过程来存储我们的数据，我们的想法是，如果他们想要存档一些非常重要的东西，这些东西可能会在世界末日的情况下幸存下来，DNA存储是一个选择。尽管这是昂贵和缓慢的，但为了人类真正有价值的数据，这可能是值得的。