Robust direct digital-to-biological data storage in living cells

清脆的 多路复用 编码 计算机数据存储 计算机科学 计算生物学 合成生物学 生物 纳米技术 基因 计算机硬件 生物信息学 遗传学 材料科学
作者
Sung Sun Yim,Ross M. McBee,Alan M. Song,Yiming Huang,Ravi U. Sheth,Harris H. Wang
出处
期刊:Nature Chemical Biology [Nature Portfolio]
卷期号:17 (3): 246-253 被引量:66
标识
DOI:10.1038/s41589-020-00711-4
摘要

DNA has been the predominant information storage medium for biology and holds great promise as a next-generation high-density data medium in the digital era. Currently, the vast majority of DNA-based data storage approaches rely on in vitro DNA synthesis. As such, there are limited methods to encode digital data into the chromosomes of living cells in a single step. Here, we describe a new electrogenetic framework for direct storage of digital data in living cells. Using an engineered redox-responsive CRISPR adaptation system, we encoded binary data in 3-bit units into CRISPR arrays of bacterial cells by electrical stimulation. We demonstrate multiplex data encoding into barcoded cell populations to yield meaningful information storage and capacity up to 72 bits, which can be maintained over many generations in natural open environments. This work establishes a direct digital-to-biological data storage framework and advances our capacity for information exchange between silicon- and carbon-based entities. A new DNA data storage technology—data recording in vivo by electrical stimulation (DRIVES)—places CRISPR-based DNA encoding activity under electrochemical control by coupling cellular redox state to CRISPR array gene expression.
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