通过他们的“T-REX”方法，嵌入在聚合物中的DNA可以用于长期存储基因组或数字数据，如照片和音乐。
在电影《侏罗纪公园》（Jurassic Park）中，科学家们提取了保存在琥珀中数百万年的DNA，并用它创造了一个灭绝已久的恐龙种群。
麻省理工学院的研究人员在一定程度上受到了这部电影的启发，开发出了一种玻璃状的琥珀状聚合物，可用于长期存储DNA，无论是整个人类基因组还是照片等数字文件。
目前，大多数储存DNA的方法都需要冰冻的温度，因此它们要消耗大量的能量，而且在世界上许多地方都不可行。相比之下，这种新的琥珀状聚合物可以在室温下储存DNA，同时还能保护分子不受热或水的损害。
研究人员表示，他们可以使用这种聚合物来存储编码《侏罗纪公园》主题音乐的DNA序列，以及整个人类基因组。他们还证明，DNA可以很容易地从聚合物中移除，而不会损坏聚合物。
前麻省理工学院博士后詹姆斯·巴纳尔说：“冷冻DNA是保存它的首选方法，但非常昂贵，而且不可扩展。我认为，我们的新保存方法将成为一种可能推动未来在DNA上存储数字信息的技术。”
巴纳尔和麻省理工学院A.Thomas Geurtin化学教授杰里米·约翰逊是这项研究的资深作者，这项研究昨天发表在《美国化学学会杂志》上。前麻省理工学院博士后伊丽莎白·普林斯和麻省理工学院博士后郑浩峰（音译）是这篇论文的主要作者。
获取DNA
DNA是一种非常稳定的分子，非常适合存储大量信息，包括数字数据。数字存储系统将文本、照片和其他类型的信息编码为一系列0和1。同样的信息可以用组成遗传密码的四种核苷酸来编码：A、T、G和C。例如，G和C可以用来表示0，而A和T代表1。
DNA提供了一种高密度存储这些数字信息的方法：理论上，一个装满DNA的咖啡杯可以存储世界上所有的数据。DNA也非常稳定，相对容易合成和排序。
2021年，巴纳尔和他的博士后导师、麻省理工学院生物工程教授马克·巴特（Mark Bathe）开发了一种将DNA存储在二氧化硅颗粒中的方法，二氧化硅颗粒可以贴上标签，显示颗粒的内容。这项工作导致了一个名为“缓存DNA”的衍生产品。
但这种存储系统的一个缺点是，将DNA嵌入二氧化硅颗粒需要几天的时间。此外，从颗粒中去除DNA需要氢氟酸，这对处理DNA的操作人员来说是危险的。
为了找到可替代的储存材料，巴纳尔开始与约翰逊及其实验室成员合作。他们的想法是使用一种被称为可降解热固性聚合物的聚合物，这种聚合物由加热后形成固体的聚合物组成。这种材料还包括可切割的链接，可以很容易地断裂，允许聚合物以一种可控的方式降解。
约翰逊说：“有了这些可分解的热固性材料，我们可以根据我们放入的可切割键来选择如何降解它们。”
在这个项目中，研究人员决定用苯乙烯和交联剂制造热固性聚合物，它们一起形成一种琥珀状的热固性聚合物，称为交联聚苯乙烯。这种热固性材料也非常疏水，所以它可以防止湿气进入并破坏DNA。为了使热固性塑料可降解，苯乙烯单体和交联剂与称为硫代内酯的单体共聚。这些连接可以通过一种叫做半胱胺的分子来破坏。
由于苯乙烯是如此疏水，研究人员必须想出一种方法来吸引DNA —— 一种亲水、带负电的分子 —— 进入苯乙烯。
为了做到这一点，他们确定了三种单体的组合，他们可以将其转化为聚合物，通过帮助DNA与苯乙烯相互作用来溶解DNA。每一种单体都有不同的特征，它们相互作用使DNA脱离水进入苯乙烯。在那里，DNA形成球形复合物，带电荷的DNA在中心，疏水性基团形成与苯乙烯相互作用的外层。当加热时，这种溶液变成固体玻璃状块，嵌入DNA复合物。
研究人员将他们的方法称为T-REX（热固性增强干燥保存）。研究人员说，将DNA嵌入聚合物网络的过程需要几个小时，但如果进一步优化，时间可能会缩短。
为了释放DNA，研究人员首先加入半胱胺，它可以切断聚苯乙烯热固性材料的连接，将其分解成更小的碎片。然后，可以添加一种叫做SDS的洗涤剂，在不损坏聚苯乙烯的情况下从聚苯乙烯中去除DNA。
存储的信息
利用这些聚合物，研究人员展示了它们可以封装不同长度的DNA，从数十个核苷酸到整个人类基因组（超过50000个碱基对）。除了《侏罗纪公园》的主题音乐外，他们还能够存储编码《解放奴隶宣言》和麻省理工学院标志的DNA。
在存储DNA然后取出后，研究人员对其进行了测序，发现没有引入错误，这是任何数字数据存储系统的关键特征。
研究人员还表明，热固性聚合物可以保护DNA免受高达75摄氏度（167华氏度）的高温影响。他们现在正在研究如何简化制造聚合物的过程，并将其形成胶囊以长期储存。
Cache DNA是一家由巴纳尔创办的公司，约翰逊是科学顾问委员会的成员，该公司目前正致力于进一步开发DNA存储技术。他们设想的最早的应用是为个性化医疗存储基因组，他们还预计，随着未来更好的技术的发展，这些存储的基因组可以进行进一步的分析。
“我们的想法是，为什么我们不永远保存生命的主记录呢？”巴纳尔说。“10年或20年后，当科技的进步远远超过我们今天的想象时，我们可以学到越来越多的东西。在了解基因组及其与疾病的关系方面，我们仍处于起步阶段。”
这项研究是由国家科学基金会资助的。
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