科学家研发的新方法能够在活细胞DNA内反复编码、存储和清除数据信息。该研究发布在《美国科学院院刊》（PNAS）上。
紫外线照射下红、绿色表明DNA片段的方向
有时候，记录和清除是很难做到的。斯坦福大学Jerome Bonnet博士称：“我们花了3年时间，尝试了750次，最终成功了。”
和其他2位学者一起，Bonnet使用天然酶随意在特定DNA序列前后翻转。在实验操作中，他们制定了遗传学上的二位进制（数据单位是位），Subsoontorn解释道：“从本质上讲，如果DNA片段指向一个方向，它表示为0；如果指向另一个方向，它表示为1。”
Endy称：“在活细胞DNA内，可编程的数据储存似乎是一个强大的工具，可用于研究肿瘤、衰老、机体发育以及自然的环境。” 研究人员可计算出细胞的分裂次数，例如，科学家将来能够在癌变之前关闭细胞。
研究人员致力于搭建固定的数据存储平台，在无需电能的情况下存储信息。在生物技术中，它可被称为重组介导的DNA翻转（一个学术语）：酶处理后，在细胞中切分、反转和重组DNA。
研究小组将其称之为“重组定位数据”模块（简称，RAD），微生物的特定DNA片段经过RAD修改后将决定单细胞生物在紫外线照射下发荧光，荧光色（红色或绿色）取决于DNA片段的方向。工程师利用RAD能任意在特定DNA片段前后翻转。
为了让系统有效，研究小组控制2种功能相反的蛋白质（整合酶和切除酶）在微生物体内的精确动态。Bonnet称：“之前的研究表明，如何通过单一酶的表达让遗传序列按一个方向移动，尽管是不可逆的，我们需要可靠性地前后移动序列，并且具有可重复性，这些都是为了创造一个完全可重复使用的二进制数据寄存器。”
Subsoontorn 称：“蛋白质专司其职的特点成为一个麻烦，如果上述两种酶在同一时间都有效，或以错误的比例存在，单个细胞将会产生随机结果。”
研究人员发现，DNA片段很容易朝一方向翻转。Endy称：“我们发现，大多数实验的失败归因于2种蛋白质在细胞内同时存在，3年750次实验是为了平衡这2种蛋白质的水平。”
恩迪和研究小组认为，未来的计算不仅包括速度和容量，还涉及到时间、地方以及如何影响我们对生物之间作用的理解，
Endy称：“计算的最显著特点之一是在生物系统内进行，他希望能把遗传数据存储器中1个字节升级到8个字节。我不考虑遗传数据存储的可用性，唯一考虑的是尽早地创建可拓展、可靠地生物存储，让科学家在此基础上对生物学有全新的认识。”
Rewritable digital data storage in live cells via engineered control of recombination directionality
Jerome Bonnet, Pakpoom Subsoontorn, and Drew Endy
The use of synthetic biological systems in research, healthcare, and manufacturing often requires autonomous history-dependent behavior and therefore some form of engineered biological memory. For example, the study or reprogramming of aging, cancer, or development would benefit from genetically encoded counters capable of recording up to several hundred cell division or differentiation events. Although genetic material itself provides a natural data storage medium, tools that allow researchers to reliably and reversibly write information to DNA in vivo are lacking. Here, we demonstrate a rewriteable recombinase addressable data (RAD) module that reliably stores digital information within a chromosome. RAD modules use serine integrase and excisionase functions adapted from bacteriophage to invert and restore specific DNA sequences. Our core RAD memory element is capable of passive information storage in the absence of heterologous gene expression for over 100 cell divisions and can be switched repeatedly without performance degradation, as is required to support combinatorial data storage. We also demonstrate how programmed stochasticity in RAD system performance arising from bidirectional recombination can be achieved and tuned by varying the synthesis and degradation rates of recombinase proteins. The serine recombinase functions used here do not require cell-specific cofactors and should be useful in extending computing and control methods to the study and engineering of many biological systems.
文献链接： https://www.pnas.org/content/early/2012/05/14/1202344109.abstract
