科学家创造了一种分子标记系统,利用合成DNA链来创建一个“molbit”在几秒内可读的条形码。
我们都发现自己在更衣室,气喘吁吁,拼命地解开自己的愤怒——在反射,也许是一个规模太小——同时刺激和挠的价格标签。
磨难之后,也许你决定购买前无论如何,在这种情况下,价格成为中央事务的一部分。通过扫描条形码在收银台,收银员提醒多少你需要支付项目和告诉商店的供应系统,股票需要补充。
你不可能给这个过程多认为一旦你离开商店,包。毕竟,我们看到条形码印刷无处不在,从过道的杂货商店亚马逊包裹,我们追踪电话就离开了仓库。在智能手机时代,我们甚至看到了传统黑白条形码收到升级到现代的二维码。但是科学家一直在研究新方法来改善这些对象标签系统,可以有一些局限性,根据他们使用的上下文。
由于合成生物学领域的进步,科学家们现在可以在DNA编码的形式存储数据。因此,DNA的效用作为“分子”标签系统的一部分已经被探索。DNA是非常小,因此潜力提供了一个非常紧凑的标记系统,相比传统的方法。
“分子标记并不是一个新想法,但现有方法仍然复杂,需要访问实验室,排除了许多真实世界的场景,”凯瑟琳Doroshack说,博士生分子信息系统实验室华盛顿大学(MISL)。Doroshack发表的一篇论文的主要作者自然通讯,列出MISL团队创造的一种新型分子标记系统,被称为豪猪。1
“我们第一个便携式设计,端到端分子标记系统,能够快速、按需在规模、编码和解码,这是更容易获得比现有的分子标记方法,“Doroshack补充道。与微软合作开发的豪猪,使用合成dna标记和纳米孔读数。
豪猪是如何工作的呢?
科学家首次创造了96个独特的合成DNA链,他们被称为分子,或“molbits”。0和1的数字标签所代表的缺席或存在的每个96 molbits。为什么是96年?MISL主任Karin施特劳斯指出这是提供初始概念验证系统的工作原理。
“用户第一数字标签定义了一个96位二进制数,和吸量管1个位进分子标记。标记应用于一个对象,然后运送或储存,”作者写道。用户然后读标签,他们必须再水化并加载到安大略省的奴才的设备——一个便携式系统软件解码它之前没有任何信息关于原始数字标记。一个视觉共享MISL总结这一过程。
96年设计原始molbit条形码后,Doroshak和同事们想增加molbits不用身体合成更多的人。为此,他们之间插入一个DNA片段条形码地区molbit垫片,可修改的长度。因此,每个molbit由一个独一无二的条形码和特定的间隔序列长度。“是一个额外的编码通道长度,因为即使没有basecalling,纳米孔的长度信号可以很容易被认出来;信号长度大致与DNA片段长度成正比,”他们写道。
分子数据存储新手,这种方法听起来可能比传统的黑白条纹稍微复杂的条形码。但它拥有众多优势,开发人员强调。“与现有库存控制方法、DNA标签不能被看见或触摸。实际上,这意味着他们很难篡改,”合著者杰夫Nivala说。“这使得它们适合高价值物品跟踪和分离从伪造合法商品。像豪猪的系统也可以用来追踪重要文件。例如,您可以设想分子标记被用来跟踪在未来的选举中选民的选票并防止篡改。”
此外,当DNA是读写著称的昂贵,豪猪系统克服了这个问题通过pre-synthesizing DNA片段,这降低了成本和使快速创建新标签通过混合现有链。
Molbits——未来?
我们会很快看到DNA-tagged衣服在商店吗?也许不是一段时间,因为这是一个比较新颖的合成生物学的应用程序。但是,作者肯定是怀着对豪猪等应用系统。“豪猪是一个令人兴奋的混合分子的电子系统的例子,结合分子工程、新型传感技术和机器学习,使新的应用程序。“MISL主任Luis Ceze得出的结论。
参考:
1。张Doroschak K, K,尹浩然,皇后。快速、健壮的组装和解码与dna分子标记的纳米孔签名。Nat通信。2020;11 (1):5454。doi:10.1038 / s41467 - 020 - 19151 - 8。
