难以想象，细胞DNA竟然记录周围的历史，什么时间发生了什么

　　有一天，科学家们从你身上取走几个细胞，通过对细胞的DNA进行分析和读取信息，就可以知道你的身体在什么时间，发生了什么。
　　细胞像一台电脑一样，或者称之为＂史学家＂更妥当，详细的记录着周围发生的一切
　　你可能不敢相信，不过，这不是＂神话＂，而是正在发生的事实。
　　这种技术，我们称之为DNA信息存储技术，也是合成生物学的一个组成部分。
　　图1：DNA和检测技术一个细胞就是一台生物＂电脑＂
　　细胞是构成生命的基本单位，大家肯定都不陌生。
　　但是谈到细胞核里的遗传物质——DNA，也许就会略显高深了。
　　DNA全称是脱氧核糖核酸，包含A,T,C,G四个碱基，不同的碱基一定排列顺序的DNA组成了功能单位基因。
　　图2：细胞像一台台生物电脑
　　目前，随着科学和技术的不断进步，生命科学领域也迎来了蓬勃发展的春天。
　　基因工程技术已经可以对碱基进行有目的编辑，以便在细菌和哺乳动物细胞的DNA中进行信息存储和处理。
　　科学家们采用基因编辑技术将大肠杆菌和人类细胞工程化，使得它们可以记录多个分子事件以及时间和顺序在它们发生。
　　怎么才能做到呢？
　　首先我们将细胞转化为分子记录器，我们采用基因编辑技术，对DNA进行＂编程＂，打上一个永久性＂烙印＂，让它可以世代相传，永不消失。而这个植入的＂程序＂可以记录细胞周围发生的事情。
　　图3：基因编辑技术活细胞DNA＂电脑＂有什么用呢？
　　它的用途大着呢，比如：
　　1. 我们可以利用它来改进土壤或水中的细菌细胞，从而用于检测和记录环境毒素、杀虫剂、微量元素等物质是否存在，或者含量几何。
　　2. 对于哺乳动物这种复杂生物来说，细胞DNA＂电脑＂可用于追踪疾病发生、发展过程中发生的一切，从而有利于人们认识疾病的原因，从而达到精准医疗。
　　3. 在法医领域，如果每个人都可以植入一定的活细胞＂电脑＂，一旦发生命案就可以了解死亡时间、原因等，有利于案件侦破。
　　图4：DNA信息读取
　　以前，科学家们研究的DNA分子记录技术使用CRISPR酶或重组酶来插入、翻转、替换或改变特定的碱基或DNA片段。这种方法往往错误率高，特异性差，难以满足信息记录要求。
　　现在，人们开发了一种称为碱基特异性编辑的CRISPR技术来进行单碱基对编辑。这样可以识别更小和更精确的突变，意味着信息存储的能力更强，并且编辑本身可以作为更多下游功能的指令＂读取＂。
　　图5：生物计算机什么原理呢？
　　说了这么多，您可能会问，这个技术究竟是什么原理呢？
　　简单的说，这种新方法采用两种类型的基因序列：
　　一种编码类似＂导航＂的特异性指导RNA，用于有目的的编辑DNA分子；
　　一种是类似＂剪刀＂CRISPR-Cas9酶（与gRNA结合的酶）融合的碱基编辑酶；
　　将这两个工具转染到细胞中，当这些细胞周围发生异常情况时，表达gRNA序列，RNA与Cas9碱基编辑融合蛋白结合，然后将其转运至靶DNA序列（与gRNA匹配） ）进行编辑。
　　随后可以通过DNA测序分析或记录编辑结果。
　　图6：神奇的生命科学
　　是不是很神奇？
　　生命科学还有很多黑科技，随后我们逐一详细介绍，刷新一下您的世界观。
　　参考文献：
　　1. F. Farzadfard et al., ＂Single-nucleotide-resolution computing and memory in living cells,＂ Molecular Cell, 75: P769-780.E4, 2019.