[发明专利]一种利用DNA在体内存储信息的方法

说明书

本发明属于生物信息学领域，公开了一种利用DNA在体内存储信息的方法，所述方法利用PCR的方法从具有编码信息的基因文库中扩增出具有不同的同源臂的目的片段，将这些片段利用Gibson组装到质粒载体上，转化微生物、保存。本发明所述方法在体内利用DNA编码存储信息，在载体上通过Gibson组装可成功组装不同的DNA片段用于编码信息，在体内实现数字信息的存储，具体成本低廉、易于保存和保存时间长等优点。另外由于要存储的信息通过gibson组装克隆到了质粒上，在有抗性存在的条件下，质粒是可以稳定的进行遗传，因此信息不会丢失，会稳定的存在于细胞内，待需要时进行信息提取。

技术领域

本发明属于生物信息学领域，具体涉及一种利用DNA在体内存储信息的方法。

背景技术

数字信息顾名思义就是信息数字化，它不是由纸张或其他形式做载体，而是由数字编码组成，以INTERNET或其他各种传输途径为载体的一种高科技信息手段。2016年，人类共计产生了16.1万亿GB的数字信息；到2025年，这一数字预计将增加十倍以上。目前放置数据的地方主要是外部硬盘和云服务器机房但大部分都称不上完美的解决方案。因为它们占用大量的空间，而且每隔十年左右就需要升级一次。

与传统的电子介质相比，DNA具有容量大、体积小、可编码、性质稳定、寿命长和易保存等特点，是一种新兴的最具竞争力的大容量数据存储介质。最近的研究表明，数字信息可以用DNA编写、储存并能准确地翻译出来。使用合成的DNA进行数据的存储，需要先将信息编码成核苷酸序列，并合成相应的核苷酸将其储存在适当的环境中。在提取存储的信息时，需要对DNA进行排序，并将其解码回数据中。

Church等利用下一代DNA合成和测序技术来编码数字信息，将包含53,426个单词、11张图片和一个JAVA程序的书编写到54,898个159nt的寡核苷酸片段中(短的DNA片段)构建成一个DNA文库。在读取过程中，通过有限循环的聚合酶链反应对文库进行扩增，并使用下一代DNA测序技术阅读了这本书。该方法的主要缺点一个是合成的成本较高，还有一个是编写和读取都比较慢。比如编写这本书，科学家就用了好几天。Catalog公司的研究人员提出一种新策略，先制作20-30个碱基对的DNA片段库，然后将这些片段用酶缝合起来，通过不同的顺序排列，实现数据存储。DNA script公司的研究人员提出了一种无模板酶促合成方案，这种无模板酶促反应可以在一段寡核苷酸3’端后任意添加核苷酸，反应过程是不受控制的，会产生长度不均一的DNA片段，为了解决这个问题，研究人员将核苷酸的3’端保护起来，当其添加到寡核苷酸后可以终止反应，然后当想继续添加核苷酸时，需要去掉核苷酸3’端的保护，如此循环就可以合成确定的序列，这种策略确实可以合成较长的确定序列的DNA，但在去保护时可能不完全，无法继续进行下一轮添加，且酶可能不易识别被保护起来的核苷酸。所以这个策略还不能准确合成太长的序列，目前，其公司宣布可以合成长度为200nt的DNA序列。近几年，无模板合成DNA受到科学家们热切的关注，在信息存储应用上也极具潜力，Church等基于无模板合成DNA的策略开发了一种更简单的信息存储方法，利用碱基间的转换进行编码，只要确保每一轮至少添加一个确定的碱基即可，不需要严格控制添加一个，这克服了修饰碱基保护3’端的缺点，成功在合成DNA上编码了“hello”这个单词，并通过全自动系统将这个单词转换成数字数据。

然而，现阶段合成DNA存储信息的方法主要在体外进行，存储信息成本较大，不利于商业化。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于针对现有技术中存在的在体外用酶催化合成并存放成本较高、存储相对困难、保存时间较短的问题，提供一种利用DNA在体内存储信息的方法。本发明通过将数字信息转化为DNA序列，将其克隆于高拷贝质粒上，在微生物体内进行复制和存储，有效降低存储成本，使数字信息得到长久的保存

为实现本发明的目的，本发明采用如下技术方案：