把DNA變成活硬盤

　　說到儲存數據，我們首先想到的就是硬盤、U盤、光盤等。但合成生物學界的科學家正打算將另一種東西變成儲存器：DNA。
　　DNA是一種帶有遺傳信息的生物大分子。根據組成部分排列方式的不同，它能顯示出不同的生物功能，比如編碼、復制和轉錄的調控功能等，而組成部分排列的變異可能產生一系列疾病。從這個角度看，DNA就像是上帝編寫的生物程序，指導著不同的生物按特定方式生活。
　　“所有觸發衰老、癌癥和其他病變的過程，發生著無數的細胞變化事件，如果能借助DNA這種天然儲存器將事件記錄下來，對于生物和醫療技術會非常有幫助。”斯坦福大學的研究團隊基于這個想法，經過幾年努力，終于有了第一步的成果，他們將論文發表在了2012年5月的《美國國家科學院院刊》（PNAS）上。
　　德魯·安迪教授是研究的帶頭人。他和同事們利用噬菌體病毒為原料，構建出一種名叫“重組酶可尋址數據”（recombinase addressable data，簡稱RAD）的模塊，并將其植入大腸桿菌的DNA里，成功地制造出了可反復寫入數據的DNA儲存器。
　　噬菌體含有整合酶和切除酶兩種物質。在他們的RAD模塊里，整合酶可以讓整個DNA的排序逆反過來，而兩種酶同時存在時，DNA的序列又會還原最初的順序。如果將DNA序列的正向排列看做“1”，反向排列看做“0”，這段DNA便能利用計算機的二進制算法，像數碼儲存器一樣記錄數據了。
　　利用生物來儲存數據的嘗試，以前也有過，比如轉錄因子系統（轉錄因子是由基因編碼產生的調節性蛋白質。這種蛋白質能對自身或其他基因起到轉錄調節作用。）“德魯團隊的突破在于，他們證明了儲存的數據可以一遍遍被重寫。”另一位合成生物學界的權威，華盛頓大學的埃里克·克拉文教授這樣評價。“想象一張CD光盤，如果你刻錄了一次，它的空間就滿了。但我們有了新的方法，能讓它像電腦硬盤一樣寫入數據，擦掉后又重寫。”
　　相比轉錄因子，德魯的團隊發明的系統更加可靠，像數碼記錄一樣精準。而且，除了維系DNA本身所需的能量外，儲存數據的過程并不需要額外消耗細胞的精力。
　　利用兩種酶來控制DNA的排序，聽起來簡單，卻花費了研究團隊相當多的精力。因為這兩種對立的酶被置于同一個細胞內時，會非常不穩定，讓一切設計崩盤。團隊中的博士后杰宏·波耐特花了整整三年時間，調整了750次兩者的比例，終于找到了讓兩者平衡的方法。“就像是為了寫六行程序編碼，卻修正了750次系統錯誤一樣，這真的很讓人崩潰。”波耐特回憶。
　　如今，他們創建的模塊可以成功記錄100次細胞分裂事件。“單個細胞在衰老過程中，發生的事件大概是50-200個，如果你想將它們都儲存下來，就需要8位的數據儲存量。”研究團隊另一位成員，斯坦福大學的研究生薩博蘇托解釋。他們正在尋找更便捷的工具，讓模塊的儲存性能提高到8位（bits）或是1字節（byte）。