让细菌化身移动硬盘！利用CIRSPR系统在活细胞DNA中存储信息
21世纪以来，人类世界的数据信息增长率迅速提高。随着数据量的不断增加，在可预见的未来，基于传统硅基存储介质的存储方式将不可避免地陷入资源枯竭的困境。因此，开发新的存储技术尤为重要。
在数据存储的发展方向上，DNA存储技术是一个有吸引力和前景的选择。众所周知，DNA是自然生物储存遗传信息的载体。——可以把一个物种的所有遗传信息储存在核尺度的空间里。多难想象啊！
最近，哥伦比亚大学的研究人员在《Nature Chemical Biology日报》上发表了一篇题为“活细胞中强大的直接数字-生物数据存储”的研究论文。
这项研究向我们展示了一种新的DNA存储技术——通过结合CRISRP技术和重编程细菌，成功通过电刺激将二进制数据以3位单元编码到细菌的CRISPR阵列中，并实现了有意义的、72比特信息存储。
DNA由于其高密度的信息存储，有望成为下一代数据存储介质。基于脱氧核糖核酸存储的脱氧核糖核酸计算机有惊人的优势：1立方厘米的DNA存储的信息比一万亿张光盘存储的还多;十几个小时的DNA计算，就相当于所有电子计算机问世以来的总运算量。
DNA存储技术的独特优势——具有极高的存储容量
当然，目前的DNA存储技术也存在一些亟待解决的问题，如体外DNA合成速度慢,错误率高、合成费用昂贵.等，但值得注意的是，在活细胞中，这种情况完全相反，DNA合成速度不快，突变率低，成本不是问题。
所以，如果能够将信息直接编码存储在活细胞中，将极大地推动DNA存储技术在现实中的应用进程！
因此，为了创造一种低成本和易于编码的活细胞DNA存储技术，由哥伦比亚大学的Harris Wang教授领导的研究小组一直在将信息数据直接写入生物体的活细胞DNA中.的这些DNA会通过复制将存储的信息传递下去，从而实现信息数据的长久保存.和
事实上，早在2017年，研究小组就利用CRISPR基因编辑系统和基因编程细菌识别生物信号——果糖.当研究人员在培养基中添加果糖时，细菌中的质粒表达增加。然后，CRISPR-Cas系统会将过表达的质粒切割成片段，并将其中一些片段插入CRISPR阵列，这些插入的DNA片段将代表一个数字位。
如果果糖信号缺失，CRISPR-Cas系统会随机存储一段DNA，代表一个数字零。然后研究人员对这些细菌的DNA进行测序，并通过识别1或0来揭示细菌是否暴露于果糖。不幸的是，这个设备只能存储少量信息——。
将3位二进制数据编码到细菌中
现在，Harris Wang教授和他的同事开发了一种更简单、更大的活细胞DNA存储技术。他们使用一种可以编码较长信息串的系统，与以前的果糖识别系统不同，他们采用一种新的信息写入诱导方法——电刺激.
研究人员已经在细菌中插入了一系列基因，这样这些基因编程的细菌就可以响应电压而增加
质粒表达。与果糖识别系统类似，质粒表达量的增加通过CRISPR-Cas系统在细菌的DNA中写入一个数字位，最后通过DNA测序读出这些1和0。
通过电刺激和CIRSPR系统将数据信息直接写入活细胞的DNA中
通过这个新的方法，研究团队实现了对多达72位的数据进行了电子编码，并成功写入计算机领域的经典语句——Hello World!。
不仅如此，Harris Wang教授还表示，他们可以将携带信息的基因编程菌混入正常的土壤微生物中，然后对混合物进行测序，仍能读取所存储的信息。
这意味着，一旦这项技术趋于成熟，我们或许可以在任何环境中随时随地读取我们想要的数据信息！
72比特数据容量，并成功写入”Hello World!”
当然，这个系统依旧存在一定的弊端，比如：如何防止数据信息在细菌复制时发生突变和降解；72比特的信息存储容量相比于当前的硅基介质的硬盘存储技术仍差距甚远。对此，Harris Wang教授说道：“在生物体内储存数据还处于早期阶段，还无法与当前的存储系统竞争。”
总而言之，这项研究基于CRISRP技术和重编程细菌，成功实现了活细胞DNA的数据写入和读取，展现了DNA存储技术的全新发展方向。虽然距离实际应用还有很长的一段路要走，但不可否认，这是很好同时也是十分关键的一步！
参考资料：
https://www.sciencemag.org/news/2021/01/scientists-program-living-bacteria-store-data