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標題: 科學家將DNA保存在琥珀狀聚合物中 [打印本頁]

作者: jiunn36 時間: 2024-6-22 07:33 AM 標題: 科學家將DNA保存在琥珀狀聚合物中

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　　在電影《侏羅紀公園》中﹐科學家提取了在琥珀中保存了數千萬年的DNA並用它創造了一個早已滅絕的恐龍種群。部分受這部電影的啟發﹐麻省理工學院的研究人員開發了一種玻璃狀琥珀狀聚合物﹐可以用於長期存儲DNA﹐無論是整個人類基因組還是照片等數字文件。
　　目前大多數儲存DNA的方法都需要冷凍溫度﹐因此消耗大量能量﹐在世界許多地方都不可行。相比之下﹐這種新的琥珀狀聚合物可以在室溫下儲存DNA﹐同時保護分子免受熱量或水造成的損傷。研究人員表明﹐他們可以使用這種聚合物來存儲編碼侏羅紀公園主題音樂的DNA序列以及整個人類基因組。他們還證明﹐DNA可以很容易地從聚合物中去除而不會損壞聚合物。
　　研究人員說﹕「冷凍DNA是保存它的首要方法﹐但它非常昂貴﹐而且不可擴展。」。「我認為我們的新保存方法將是一種可能推動未來在DNA上存儲數字信息的技術。」。
　　DNA是一種非常穩定的分子﹐非常適合存儲大量信息﹐包括數字數據。數字存儲系統將文本﹑照片和其他類型的信息編碼為一系列0和1。這種相同的信息可以使用組成遺傳密碼的四個核甘酸編碼在DNA中﹕A﹑T﹑G和C。例如﹐G和C可以用來表示0﹐而A和T表示1。
　　DNA提供了一種以非常高的密度存儲這些數字信息的方法。理論上﹐一個裝滿DNA的咖啡杯可以存儲世界上所有的數據。DNA也非常穩定並且相對容易合成和測序。2021年﹐麻省理工學院生物工程研究團隊開發了一種將DNA存儲在二氧化硅顆粒中的方法﹐可以用標籤標記以顯示顆粒的內容。這項工作產生了一個名為Cache DNA的衍生產品。
　　這種存儲系統的一個缺點是將DNA嵌入二氧化硅顆粒需要幾天時間。此外﹐從顆粒中去除DNA需要氫氟酸﹐這對處理DNA的工人來說是危險的。為了找到替代存儲材料﹐研究團隊使用一種被稱為可降解熱固性聚合物的聚合物﹐這種聚合物由加熱時形成固體的聚合物組成。該材料還包括易於斷裂的可裂解鏈﹐從而使聚合物以可控的方式降解。
　　研究人員說﹕「有了這些可解構的熱固性材料﹐根據我們在其中加入的可裂解鍵﹐我們可以選擇如何降解它們。」。在這個項目中﹐研究人員決定用苯乙烯和交聯劑製造熱固性聚合物﹐它們共同形成一種琥珀色熱固性聚合物﹐稱為交聯聚苯乙烯。這種熱固性材料也非常疏水﹐因此可以防止水分進入並損壞DNA。為了使熱固性材料可降解﹐苯乙烯單體和交聯劑與稱為硫代內酯的單體共聚。這些連接可以通過用一種名為半胱胺的分子處理來打破。
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　　由於苯乙烯是如此疏水﹐研究人員不得不想出一種方法來引誘DNA﹐進入苯乙烯中。為了做到這一點﹐他們確定了三種單體的組合﹐它們可以通過幫助DNA與苯乙烯相互作用﹐將其轉化為溶解DNA的聚合物。每種單體都有不同的特徵﹐它們協同作用將DNA從水中轉移到苯乙烯中。在那裡﹐DNA形成球形複合物﹐帶電荷的DNA在中心﹐疏水基團形成與苯乙烯相互作用的外層。當加熱時﹐這種溶液變成一個固體的玻璃狀塊﹐嵌入DNA複合物。
　　研究人員將他們的方法命名為T-REX(熱固性增強幹細胞保護)。研究人員表示﹐將DNA嵌入聚合物網絡的過程需要幾個小時﹐但隨著進一步優化﹐這一過程可能會縮短。為了釋放DNA﹐研究人員首先加入半胱胺﹐半胱胺會將聚苯乙烯熱固性塑料連接在一起﹐將其分解成更小的碎片。然後可以添加一種名為SDS的洗滌劑﹐在不損壞聚苯乙烯的情況下去除聚苯乙烯中的DNA。
　　使用這些聚合物﹐研究人員表明﹐它們可以封裝不同長度的DNA﹐從幾十個核甘酸到整個人類基因組(超過50000個鹼基對)。除了《侏羅紀公園》的主題音樂外﹐他們還能夠存儲編碼《解放宣言》和麻省理工學院標誌的DNA
　　在存儲了DNA並將其移除後﹐研究人員對其進行了測序﹐發現沒有引入任何錯誤﹐這是任何數字數據存儲系統的關鍵特徵。研究人員還表明﹐這種熱固性聚合物可以保護DNA免受高達75攝氏度(167華氏度)的溫度影響。他們現在正在研究如何簡化聚合物的製造過程並將其製成長期儲存的膠囊。
　　研究人員目前正在進一步開發DNA存儲技術。他們設想的最早應用是為個性化醫療存儲基因組﹐他們還預計﹐隨著未來更好的技術的發展﹐這些存儲的基因組可能會進行進一步的分析。
　　研究人員說﹕「我們的想法是﹐為什麼不永遠保存生命的主記錄呢﹖」。「十年或二十年後﹐當技術發展到我們今天所能想像的地步時﹐我們可以學到越來越多的東西。我們仍處於瞭解基因組及其與疾病關係的初級階段。」。

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