基于DNA的信息是連接信息技術和生物技術的一個新的跨學科領域，該領域希望通過使用 DNA 作為信息存儲介質來滿足對長期數(shù)據(jù)存儲的巨大需求。  然而，盡管 DNA 承諾具有強穩(wěn)定性、高存儲密度和低維護成本，但研究人員仍面臨著準確重寫 DNA 序列中編碼的數(shù)字信息的問題。

DNA數(shù)據(jù)存儲技術一般有兩種模式，即“體外硬盤模式”和“體內CD模式”，體內模式的主要優(yōu)點是其通過細胞復制低成本、可靠地復制染色體DNA。  由于這個特性，它可以用于快速和低成本的數(shù)據(jù)復制傳播。   然而，由于某些信息的編碼DNA序列包含大量重復和均聚物的出現(xiàn)，因此這些信息只能“寫入”和“讀取”，而不能準確地“重寫”。

為解決重寫難題，清華大學化學系劉凱教授、中科院長春應用化學研究所李晶晶教授、浙江大學陳東教授帶領該研究小組最近開發(fā)了一種雙質粒編輯系統(tǒng)，用于準確處理微生物載體中的數(shù)字信息， 該發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《Science Advances》。

研究人員利用設計合理的編碼算法和信息編輯工具在體內建立了雙質粒系統(tǒng)。  這種雙質粒系統(tǒng)適用于存儲、讀取和重寫各種類型的信息，包括文本、密碼本和圖像。  它充分探索了 DNA 序列的編碼能力，無需任何尋址索引或備份序列。  同時兼容多種編碼算法，編碼效率高。  例如，當前系統(tǒng)的編碼效率達到每核苷酸 4.0 位。

為了在體內重寫存儲在外源 DNA 序列中的復雜信息時實現(xiàn)高效率和可靠性，使用了各種 CRISPR 相關蛋白 (Cas) 和重組酶。 這些工具由其相應的 CRISPR RNA (crRNA) 引導，以切割 DNA 序列中的目標基因座，從而可以處理和重寫特定信息。 由于互補的核酸分子對之間的高度特異性，信息編碼的DNA序列被重組酶準確地重建以編碼新的信息。 由于對crRNA序列進行了優(yōu)化，信息改寫工具對復雜信息的適應性更強，從而實現(xiàn)了高達94%的改寫可靠性，與現(xiàn)有的基因編輯系統(tǒng)相媲美。

雙質粒系統(tǒng)可以作為基于DNA的體內信息重寫的通用平臺，從而為分子水平的大型復雜數(shù)據(jù)的信息處理和目標特異性重寫提供了新的策略。

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