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DNA测序和活体细胞内实现DNA可擦写数据存储

2012-05-23
DNA可擦写数据存储,DNA测序,DNA分析
随着DNA分析技术的发展与应用的不断深入,DNA数据的存储与访问日益成为关注的焦点.桑奎斯特把他的公司视作一个即时在线基因中心,向客户提供大量DNA数据存储库和分析工具的快速访问权限,客户就可以自己弄清这些DNA数据的意义,而且可能提出针对癌症和遗传病的更好的疗法,还可以更好地识别像孤独症和酒精中毒这样的疾病和遗传的关系。

一则较为有趣的消息,该网站原引自脸书的一个名为Unnuetzes Wissen(翻译过来叫 无用的知识)的空间页面中发布的信息-你知道每个精子携带着相当于37.5 MB的DNA数据吗?试想一下,几百亿个精子的数据量是多少?显然,这条消息看上去相当的无厘头,但却十分有趣。每个精子携带的信息量相当于37.5MB,据称是根据人体细胞可容纳75MB的遗传基因信息假设的结果。通过根据一些场景分析,通常一次浪漫的邂诟能产生大约2-3亿精子,这相当于一个男性每次可以通过生殖器释放出大约7153TB到10729TB的数据。按照一次持续5秒钟的“数据包”传输来计算,男性生殖器带宽可以高达1.4-2.2TB/s。


活体细胞内实现DNA可擦写数据存储
2012年05月23日科技日报
据物理学家组织网5月21日报道,斯坦福大学生物工程系的科学家创建了一种新系统,能够重复编码、擦写和储存活体细胞DNA中的数据。他们表示,可编程的数据存储在活体细胞的DNA内,或可成为研究癌症、衰老和有机体发展等的强大工具。相关研究报告发表在同日出版的美国《国家科学院学报》上。

虽然基因物质本身就具备天然的数据存储介质,但支持科学家可靠且可逆地将信息写入活体DNA的工具仍十分匮乏。以前的研究虽可通过单个酶的表达朝一个方向翻转基因序列,但这一过程并不可逆,而科研人员需要不断翻转基因序列以创建可完全重复使用的数据存储器。

科学家坦言,虽然翻转DNA的截面至两个方向之一并不困难,但获取蛋白质水平的平衡却非易事。为了使新系统正常工作,研究团队需要精确控制微生物内两个对立蛋白质、整合酶和切除酶的动态。

他们经过3年多达750次的尝试,最终成功创建了相当于1比特(1位)的基因物质。相关人员解释说,如果DNA的截面指向一个方向,它就是0,如果指向另一个方向,其就是1。由此,科研人员能计算出细胞分裂的次数,这或将赋予科学家制止细胞癌变发生的能力。

研究小组将这款设备命名为“重组酶可寻址数据”模块(RAD)。RAD可借助改编自噬菌体的丝氨酸和切除酶来按需翻转和还原特定的DNA序列。这将形成类似于计算机领域的“永久性数据存储”,能在无功耗的情况下保留信息。随后,科研小组在单个微生物内对RAD模块进行了测试,其在缺乏基因表达的情况下也能被动存储信息,十分可靠。此外,它们能重复切换而不使性能发生退化,使科学家目睹细胞分裂100余次,这对支持组合化的数据存储十分重要。

研究人员表示,他们未来的目标是尽快创建可扩展的、可靠的生物位,实现1字节的可编程基因数据的存储,随后再逐步挖掘基因数据存储更广泛的应用范围。


DNA测序 云计算帮忙
作者:蕾切尔·梅茨 发稿时间:2012-05-09
DNAnexus公司认为,云计算有助于分析已测序的DNA,推进个人化药物的研究。

DNA分析师:安德烈斯·桑奎斯特(Andreas Sundquist)是DNAnexus公司的联合创始人,该公司使用云计算对已测序完毕的DNA进行分析。
来源:麻省理工科技创业自从2003年“人类基因组工程”(Human Genome Project)完成以来,一连串的技术进步使得人类基因组测序变得越来越快速和便宜。但仍然有一个大问题:在测序完成后要如何处理这些数据?

对安德烈斯·桑奎斯特来说,答案是:将数据送入云中。他是DNAnexus公司的CEO和联合创始人,这家软件公司将自己摆在了DNA测序机构和需要从已测序的基因组中取得和收集信息的那些对象之间。后者包括学术研究人员、医生、生物技术和医药企业等。

“数据生成的速度越快、成本越低,所面临的瓶颈就越明显。这一瓶颈曾经是DNA测序本身,而现在实际上是数据处理。”他说。

桑奎斯特把他的公司视作一个即时在线基因中心,向客户提供大量DNA数据存储库和分析工具的快速访问权限,客户就可以自己弄清这些DNA数据的意义,而且可能提出针对癌症和遗传病的更好的疗法,还可以更好地识别像孤独症和酒精中毒这样的疾病和遗传的关系。

公司的运作模式是:把你的实验室数据通过网页浏览器,或者已联网的DNA测序仪发送上传至DNAnexus公司。然后数据会导入你的云账号(公司使用亚马逊和谷歌的云服务)。你在电脑上登陆这个账号就能够看到数据,然后使用DNAnexus的工具对其进行分析。

最终,桑奎斯特希望DNAnexus能够把许多不同的遗传学数据库集合起来(目前这些数据库还是各自为战,彼此不相关联),来帮助研究、发现新药以及创立药物靶向的诊断测试。

桑奎斯特预计,位于加州山景城的DNAnexus的服务市场将会大幅增长。他估计,现在世界上至少完成了2万套全基因组测序,并预测随着测序时间和成本的继续降低,这一数字将在几年内达到100万。(他估计,目前的测序过程需要耗时1天,耗资4000美元)。这些数据加起来达1EB,即10亿GB,要分析所有这些数据需要几十万个中央处理器。

把宝压在这一市场增长上的公司并非只有DNAnexus一家,华盛顿大学圣路易斯分校(Washington University in St. Louis)基因组研究所副主任大卫·都灵(David Dooling)指出,还有几家公司也在提供基于云的DNA分析服务,其中包括Illumina公司。

都灵说:“我认为有人要将DNA数据分析向更广泛的人群推广肯定是件好事。现在这么多人都在做这件事,很难评估其价值。”

如果桑奎斯特的预测成真的话,要做的工作将会很多。他预计,在未来三年内会新增几百万组基因测序。他相信在十年后,发达国家的每个人都将完成自己的基因组测序作为医疗记录的一部分,很多孩子在出生时就完成了基因测序。

总有一天,“当你去实验室取测试结果时,一些测试基本上就是在已经成为你个人记录的一部分基因组上运行的软件了,”他说。

这不是说我们在不久之后,要拔一根头发或拿棉签擦一下脸颊再寄给实验室,对自己的基因测序。在桑奎斯特对未来的展望中,测序甚至比这还简单。他咧嘴笑着说:“我觉得,到那个时候你只要伸出拇指按在手机上就行了,我敢肯定,iPhone 10会带一个DNA测序模块的。”


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本栏目主要介绍基因工程方面,包括人类基因组计划、转基因、基因技术、DNA测序和活体细胞内实现DNA可擦写数据存储等。特别关注有关人与文化方面的研究。

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