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基于光控的多重酶促 DNA 合成用于分子数字数据存储。

Photon-directed multiplexed enzymatic DNA synthesis for molecular digital data storage.

机构信息

Department of Genetics, Harvard Medical School, Boston, MA, 02115, USA.

Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering, Boston, MA, 02115, USA.

出版信息

Nat Commun. 2020 Oct 16;11(1):5246. doi: 10.1038/s41467-020-18681-5.

DOI:10.1038/s41467-020-18681-5
PMID:33067441
原文链接:https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC7567835/
Abstract

New storage technologies are needed to keep up with the global demands of data generation. DNA is an ideal storage medium due to its stability, information density and ease-of-readout with advanced sequencing techniques. However, progress in writing DNA is stifled by the continued reliance on chemical synthesis methods. The enzymatic synthesis of DNA is a promising alternative, but thus far has not been well demonstrated in a parallelized manner. Here, we report a multiplexed enzymatic DNA synthesis method using maskless photolithography. Rapid uncaging of Co ions by patterned UV light activates Terminal deoxynucleotidyl Transferase (TdT) for spatially-selective synthesis on an array surface. Spontaneous quenching of reactions by the diffusion of excess caging molecules confines synthesis to light patterns and controls the extension length. We show that our multiplexed synthesis method can be used to store digital data by encoding 12 unique DNA oligonucleotide sequences with video game music, which is equivalent to 84 trits or 110 bits of data.

摘要

需要新的存储技术来满足全球对数据生成的需求。由于其稳定性、信息密度和先进测序技术的易读性,DNA 是一种理想的存储介质。然而,由于持续依赖化学合成方法,DNA 的写入进展受到阻碍。酶促 DNA 合成是一种很有前途的替代方法,但迄今为止尚未以并行方式得到很好的证明。在这里,我们报告了一种使用无掩模光刻的多路复用酶促 DNA 合成方法。图案化的紫外光快速解笼 Co 离子,激活末端脱氧核苷酸转移酶(TdT),在阵列表面上进行空间选择性合成。过量掩蔽分子的扩散引起反应的自发猝灭将合成限制在光图案内,并控制延伸长度。我们表明,我们的多路复用合成方法可用于通过用视频游戏音乐对 12 个独特的 DNA 寡核苷酸序列进行编码来存储数字数据,这相当于 84 个三进制或 110 位数据。

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