[发明专利]一种可随机重写的DNA信息存储方法

说明书

本发明提供了一种可随机重写的DNA信息存储方法。本发明提供了编码文本、密码本及图片数字信息至DNA分子的编码算法，同时利用CRISPR‑Cas12a‑λRed体系，可重新写入不同数字信息存储DNA片段，实现在体可随机的信息修改。本发明所构建的信息存写体系明显优于现有的体外信息存储和改写方法，开拓了DNA作为信息存储介质的应用潜力；可应用于数字信息存储、保密信息传输、信息伪装等领域。

技术领域

本发明涉及基于DNA为介质的信息存储技术领域，尤其是涉及一种可随机重写的DNA信息存储方法。

背景技术

近几十年来，基于DNA为介质的信息存储技术研究受到越来越多的关注。DNA因其高密度的存储能力、简便稳定的扩增能力、高度折叠螺旋的压缩能力，使其成为了一种强大的信息存储介质。除携带生物体的基因信息外，也可将其开发成存储数字信息的新兴存储介质。目前针对于DNA为介质的信息存储技术已有一定的发展，但在已存储信息的修改领域存在技术空白。特别是针对于信息内容实现在体的信息修改或重写，不仅可以提高DNA信息存储的应用能力，同时也为信息存储加密提供了新思路。

CRISPR-Cas12a作为一种经典的微生物基因编辑工具，近些年来已经被广泛报道，其成熟的大肠杆菌基因组编辑功能已成为现阶段分子生物学的重要科研技术。但目前还未有将该技术应用于非天然基因序列编辑的报道，以人工合成的数字信息存储序列为编辑对象，利用CRISPR-Cas12a-λRed在大肠杆菌所含质粒上直接删除并插入新的人工合成DNA片段尚属首次。这一技术既填补了DNA信息存储改写技术的空白，也拓展了CRISPR-Cas12a体系的应用，因此这一在体的可随机重写的高密度DNA信息存储系统的开发极具潜力和发展空间。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种体内可随机重写的DNA信息存储方法，本发明DNA信息存储方法可高效存储文本信息、密码本信息和图片信息，并实现高成功率的信息修改。

一种可随机重写的DNA信息存储方法，包括以下步骤：

A)将待存储信息和改写信息的二进制编码通过算法分别转码为DNA序列1和DNA序列2，经体外合成分别获得DNA片段1和DNA片段2；

B)将所述DNA片段1、Cas12a蛋白导向crRNA的编码序列克隆至大肠杆菌质粒中，获得重组质粒；将所述重组质粒和含CRISPR-Cas12a-λRed的工具质粒共转化大肠杆菌，获得重组菌株；

C)利用CRISPR-Cas12a-λRed体系将DNA片段2插入到所述重组质粒的目标位置，替换掉待重写信息的编码DNA；

D)筛选含有DNA片段2的目的菌株，保存。

本发明提供了编码文本、密码本及图片数字信息至DNA分子的编码算法，同时利用CRISPR-Cas12a-λRed体系，通过优化诱导条件及诱导剂成分和浓度，可实现在体可随机的信息修改。本发明所构建的在体信息存写体系明显优于现有的体外信息存储和改写方法，开拓了DNA作为信息存储介质的应用潜力；本发明的在体信息存写体系可应用于数字信息存储、保密信息传输、信息伪装等领域。

本发明中，所述算法包括定长编码算法Base64和概率压缩算法Huffman，但不限于以上两种算法。

本发明中，所述存储信息的格式包括文本、密码本和图片。

所述待存储信息和改写信息分别转码为DNA序列1和DNA序列2后，，利用体外DNA固相合成仪按照DNA序列1和DNA序列2的序列将其分别合成双链DNA片段1和DNA片段2。

本发明步骤B)中，将所述DNA片段1、Cas12a蛋白导向crRNA的编码序列克隆至大肠杆菌质粒中，获得重组质粒。其中，在本发明的具体实施例中所述大肠杆菌质粒为pUC57-Kan质粒。