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DNA測序和活體細胞內實現DNA可擦寫數據存儲

2012-05-23
DNA可擦寫數據存儲,DNA測序,DNA分析
隨著DNA分析技術的發展與應用的不斷深入,DNA數據的存儲與訪問日益成為關注的焦點.桑奎斯特把他的公司視作一個即時在線基因中心,向客戶提供大量DNA數據存儲庫和分析工具的快速訪問權限,客戶就可以自己弄清這些DNA數據的意義,而且可能提出針對癌癥和遺傳病的更好的療法,還可以更好地識別像孤獨癥和酒精中毒這樣的疾病和遺傳的關系。

一則較為有趣的消息,該網站原引自臉書的一個名為Unnuetzes Wissen(翻譯過來叫 無用的知識)的空間頁面中發布的信息-你知道每個精子攜帶著相當于37.5 MB的DNA數據嗎?試想一下,幾百億個精子的數據量是多少?顯然,這條消息看上去相當的無厘頭,但卻十分有趣。每個精子攜帶的信息量相當于37.5MB,據稱是根據人體細胞可容納75MB的遺傳基因信息假設的結果。通過根據一些場景分析,通常一次浪漫的邂詬能產生大約2-3億精子,這相當于一個男性每次可以通過生殖器釋放出大約7153TB到10729TB的數據。按照一次持續5秒鐘的“數據包”傳輸來計算,男性生殖器帶寬可以高達1.4-2.2TB/s。


活體細胞內實現DNA可擦寫數據存儲
2012年05月23日科技日報
據物理學家組織網5月21日報道,斯坦福大學生物工程系的科學家創建了一種新系統,能夠重復編碼、擦寫和儲存活體細胞DNA中的數據。他們表示,可編程的數據存儲在活體細胞的DNA內,或可成為研究癌癥、衰老和有機體發展等的強大工具。相關研究報告發表在同日出版的美國《國家科學院學報》上。

雖然基因物質本身就具備天然的數據存儲介質,但支持科學家可靠且可逆地將信息寫入活體DNA的工具仍十分匱乏。以前的研究雖可通過單個酶的表達朝一個方向翻轉基因序列,但這一過程并不可逆,而科研人員需要不斷翻轉基因序列以創建可完全重復使用的數據存儲器。

科學家坦言,雖然翻轉DNA的截面至兩個方向之一并不困難,但獲取蛋白質水平的平衡卻非易事。為了使新系統正常工作,研究團隊需要精確控制微生物內兩個對立蛋白質、整合酶和切除酶的動態。

他們經過3年多達750次的嘗試,最終成功創建了相當于1比特(1位)的基因物質。相關人員解釋說,如果DNA的截面指向一個方向,它就是0,如果指向另一個方向,其就是1。由此,科研人員能計算出細胞分裂的次數,這或將賦予科學家制止細胞癌變發生的能力。

研究小組將這款設備命名為“重組酶可尋址數據”模塊(RAD)。RAD可借助改編自噬菌體的絲氨酸和切除酶來按需翻轉和還原特定的DNA序列。這將形成類似于計算機領域的“永久性數據存儲”,能在無功耗的情況下保留信息。隨后,科研小組在單個微生物內對RAD模塊進行了測試,其在缺乏基因表達的情況下也能被動存儲信息,十分可靠。此外,它們能重復切換而不使性能發生退化,使科學家目睹細胞分裂100余次,這對支持組合化的數據存儲十分重要。

研究人員表示,他們未來的目標是盡快創建可擴展的、可靠的生物位,實現1字節的可編程基因數據的存儲,隨后再逐步挖掘基因數據存儲更廣泛的應用范圍。


DNA測序 云計算幫忙
作者:蕾切爾·梅茨 發稿時間:2012-05-09
DNAnexus公司認為,云計算有助于分析已測序的DNA,推進個人化藥物的研究。

DNA分析師:安德烈斯·桑奎斯特(Andreas Sundquist)是DNAnexus公司的聯合創始人,該公司使用云計算對已測序完畢的DNA進行分析。
來源:麻省理工科技創業自從2003年“人類基因組工程”(Human Genome Project)完成以來,一連串的技術進步使得人類基因組測序變得越來越快速和便宜。但仍然有一個大問題:在測序完成后要如何處理這些數據?

對安德烈斯·桑奎斯特來說,答案是:將數據送入云中。他是DNAnexus公司的CEO和聯合創始人,這家軟件公司將自己擺在了DNA測序機構和需要從已測序的基因組中取得和收集信息的那些對象之間。后者包括學術研究人員、醫生、生物技術和醫藥企業等。

“數據生成的速度越快、成本越低,所面臨的瓶頸就越明顯。這一瓶頸曾經是DNA測序本身,而現在實際上是數據處理。”他說。

桑奎斯特把他的公司視作一個即時在線基因中心,向客戶提供大量DNA數據存儲庫和分析工具的快速訪問權限,客戶就可以自己弄清這些DNA數據的意義,而且可能提出針對癌癥和遺傳病的更好的療法,還可以更好地識別像孤獨癥和酒精中毒這樣的疾病和遺傳的關系。

公司的運作模式是:把你的實驗室數據通過網頁瀏覽器,或者已聯網的DNA測序儀發送上傳至DNAnexus公司。然后數據會導入你的云賬號(公司使用亞馬遜和谷歌的云服務)。你在電腦上登陸這個賬號就能夠看到數據,然后使用DNAnexus的工具對其進行分析。

最終,桑奎斯特希望DNAnexus能夠把許多不同的遺傳學數據庫集合起來(目前這些數據庫還是各自為戰,彼此不相關聯),來幫助研究、發現新藥以及創立藥物靶向的診斷測試。

桑奎斯特預計,位于加州山景城的DNAnexus的服務市場將會大幅增長。他估計,現在世界上至少完成了2萬套全基因組測序,并預測隨著測序時間和成本的繼續降低,這一數字將在幾年內達到100萬。(他估計,目前的測序過程需要耗時1天,耗資4000美元)。這些數據加起來達1EB,即10億GB,要分析所有這些數據需要幾十萬個中央處理器。

把寶壓在這一市場增長上的公司并非只有DNAnexus一家,華盛頓大學圣路易斯分校(Washington University in St. Louis)基因組研究所副主任大衛·都靈(David Dooling)指出,還有幾家公司也在提供基于云的DNA分析服務,其中包括Illumina公司。

都靈說:“我認為有人要將DNA數據分析向更廣泛的人群推廣肯定是件好事。現在這么多人都在做這件事,很難評估其價值。”

如果桑奎斯特的預測成真的話,要做的工作將會很多。他預計,在未來三年內會新增幾百萬組基因測序。他相信在十年后,發達國家的每個人都將完成自己的基因組測序作為醫療記錄的一部分,很多孩子在出生時就完成了基因測序。

總有一天,“當你去實驗室取測試結果時,一些測試基本上就是在已經成為你個人記錄的一部分基因組上運行的軟件了,”他說。

這不是說我們在不久之后,要拔一根頭發或拿棉簽擦一下臉頰再寄給實驗室,對自己的基因測序。在桑奎斯特對未來的展望中,測序甚至比這還簡單。他咧嘴笑著說:“我覺得,到那個時候你只要伸出拇指按在手機上就行了,我敢肯定,iPhone 10會帶一個DNA測序模塊的。”


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本欄目主要介紹基因工程方面,包括人類基因組計劃、轉基因、基因技術、DNA測序和活體細胞內實現DNA可擦寫數據存儲等。特別關注有關人與文化方面的研究。

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