DNA存储：华大智造助力“测序+合成”交叉领域融合创新的前沿应用范例

进入21世纪以来，人类世界的数据信息增长速度急剧增快，随着数据量级越来越大，在可预见的未来，基于传统硅基储存介质的储存方式将不可避免地陷入资源枯竭的困境。因此，开发新的储存技术就显得尤为重要。

DNA是自然生物储存遗传信息的载体——在细胞核尺度的空间里，就能储存一个物种所有的遗传信息，信息存储密度非常之高。因此，在数据储存的发展方向中，DNA存储技术是一个诱人且富有希望的选项。但目前的DNA存储技术也存在一些亟待解决的难题，例如DNA合成成本高、读取速度慢、错误率高等等。

7月23日，在2022年数字经济与生命健康产业融合发展峰会上，由华大智造联合华大生命科学研究院、国家基因库、生工生物、联川生物、擎科生物、腾讯医疗健康等多家BT和IT机构共同发起的《DNA存储蓝皮书》正式发布（文末可免费下载），华大智造执行副总裁刘健受邀分享了主题报告《DNA存储领域的工具支撑》。

“每一个新技术出现后，它并不是一定要去替换掉所有应用场景里面的现有技术，而是面向他的主要需求和最适合的场景，比如DNA存储技术的出现，并不是就要把现有的存储方式例如U盘替代掉。”刘健表示，“对于DNA存储的技术方向，我们选择的方向是‘高通量、高载量、自主可控低成本’，如欧阳院士在会上所说，DNA存储最适合的应用场景可能是面向80%的低活跃数据。通过自主可控的高通量低成本工具不断快速迭代，把握DNA存储未来的快速发展机遇期。”

作为合成生物学领域的代表性应用之一，DNA存储技术是一项着眼于未来的具有划时代意义的先进技术。DNA存储是由DNA高通量合成与测序技术催生的信息与生物相融合的新领域，通过DNA分子的碱基序列直接编码数字信息，由高通量合成技术合成DNA序列进行信息写入，并利用高通量测序技术实现信息的读取，以实现存储数据的信息还原。在这个过程中，合成技术的自动化、测序工具的选择和测序平台的应用效率，非常重要。

目前，面向合成技术的自动化平台搭建，针对不同的技术路线，华大智造提供相应的自动化工作站和全流程的自动化产线。无论是从液体配制到基因组装PCR反应、PCR产物纯化、产物均一化，还是DNA连接反应等多个基因合成工序之间的集成化和自动化，华大智造均可基于自动化样本制备系统MGISP-100/960、MGISP-Smart 8等标准的自动化工作站进行专业的需求响应、定制开发和快速交付。

基于华大智造MGISP-960定制开发的自动化基因拼装工作站

特别地，针对高通量DNA存取集成自动化的需求，华大智造采用工位流水线的设计理念和“智惠实验室”的系统化管理理念，基于自动化产线MGIGLab平台能够将多款不同功能的仪器进行整合，从而形成一条高度自动化的流水线或一套完善的智能化系统：即融合物联网（IoT）、机器人等先进技术，配备实验室管理信息化系统MGI ZLIMS，对整个实验流程的样本、试剂、耗材信息进行追溯管理和生产调度，从而打造DNA合成的生产级平台，实现合成 DNA的自动化、标准化和规模化生产，最终推动整个合成产业的快速扩展。

与此同时，基因测序仪在DNA存储技术中扮演“解码器”的重要角色。由华大智造推出的DNBSEQ测序平台以高准确度和高敏感度、低标签跳跃（Index Hopping）和低重复序列率（Dup Rate）等特点在业内著称。一方面，DNBSEQ平台采用滚环复制扩增技术，每次扩增都是以原始的DNA单链环为模板，有效地避免了PCR扩增错误指数积累的问题，保证测序的高保真性；另一方面，DNB在溶液里面完成制备，在loading过程中没有聚合酶、引物和dNTP等PCR条件。因此，基于DNBSEQ平台的测序结果Dup率低、可用数据多、数据利用率高，有助于加速如DNA存储等前沿科研应用成果的产出。

2022年5月，Nature Computational Science 期刊以封面文章形式报道了深圳华大生命科学研究院合成生物学研究团队的题为：Towards Practical and Robust DNA-Based Data Archiving Using ‘Yin-Yang Codec’ System 的研究论文。

沈玥等对团队自主研发的阴阳双编码进行的一系列DNA存储数据恢复验证实验：首先，通过稀释获得了不同浓度的样本；然后，采用华大智造自动化平台进行了文库制备；最后，采用华大智造测序平台DNBSEQ-T7和DNBSEQ-E5对每组样本进行了测序解读。实验结果证明，在平均分子数≤100 的情况下，数据恢复率仍能达到88%。其中，针对大量样本的批处理，一般选择DNBSEQ-T7；针对亟需验证的少量样本，如将信息合成在酵母基因组中的小型基因组测序解读，则可选用DNBSEQ-E5。

以合成生物学、脑科学、再生医学等一系列前沿研究为代表的生命科学领域正在孕育新的变革。作为国产高端智能制造的核心力量，华大智造立志为前沿科学打造可信赖的基础工具和平台，加速科学研究。

转自：生物世界

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