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Data storage based on the absence of nucleotides using a bacteriophage abortive infection system reverse transcriptase.
Lab on a Chip ( IF 6.1 ) Pub Date : 2024-11-28 , DOI: 10.1039/d4lc00755g Gregor Bajc,Anja Pavlin,Małgorzata Figiel,Weronika Zajko,Marcin Nowotny,Matej Butala
Lab on a Chip ( IF 6.1 ) Pub Date : 2024-11-28 , DOI: 10.1039/d4lc00755g Gregor Bajc,Anja Pavlin,Małgorzata Figiel,Weronika Zajko,Marcin Nowotny,Matej Butala
DNA molecules are a promising data storage medium for the future; however, effective de novo synthesis of DNA using an enzyme that catalyzes the polymerization of natural nucleoside triphosphates in a user-defined manner, without the need for multiple injections of polymerase, remains a challenge. In the present study, we demonstrated that the bacteriophage abortive infection system reverse transcriptase AbiK from Lactococcus lactis facilitates such an approach. We employed surface plasmon resonance to monitor the polymerization of the DNA strand with a user-defined sequence of multiple segments through a sequential buffer exchange process. Using this method, we synthesized synthetic DNA with segments of random length and a sequence consisting of only three of the four natural nucleotides. The information is encoded using the absence of one nucleotide in each segment. We demonstrated that synthetic DNA can be stored on the chip, and when the DNA is released from the chip, the second strand can be synthesized and read by sequencing. Our setup facilitates a writing speed of one nucleotide in less than 1 s and holds enormous potential for synthesizing DNA for data storage.
中文翻译:
使用噬菌体流产感染系统逆转录酶基于核苷酸缺失的数据存储。
DNA 分子是未来一种很有前途的数据存储介质;然而,使用一种以用户定义的方式催化天然核苷三磷酸聚合的酶有效地从头合成 DNA,而无需多次注射聚合酶,仍然是一个挑战。在本研究中,我们证明了来自乳酸乳球菌的噬菌体流产感染系统逆转录酶 AbiK 促进了这种方法。我们采用表面等离子体共振通过顺序缓冲液交换过程监测具有用户定义的多个片段序列的 DNA 链的聚合。使用这种方法,我们合成了具有随机长度片段的合成 DNA,序列仅由四个天然核苷酸中的三个组成。该信息使用每个片段中不存在一个核苷酸进行编码。我们证明合成 DNA 可以储存在芯片上,当 DNA 从芯片中释放出来时,可以通过测序合成和读取第二条链。我们的设置有助于在不到 1 秒的时间内写入一个核苷酸,并且在合成 DNA 以进行数据存储方面具有巨大潜力。
更新日期:2024-11-28
中文翻译:
使用噬菌体流产感染系统逆转录酶基于核苷酸缺失的数据存储。
DNA 分子是未来一种很有前途的数据存储介质;然而,使用一种以用户定义的方式催化天然核苷三磷酸聚合的酶有效地从头合成 DNA,而无需多次注射聚合酶,仍然是一个挑战。在本研究中,我们证明了来自乳酸乳球菌的噬菌体流产感染系统逆转录酶 AbiK 促进了这种方法。我们采用表面等离子体共振通过顺序缓冲液交换过程监测具有用户定义的多个片段序列的 DNA 链的聚合。使用这种方法,我们合成了具有随机长度片段的合成 DNA,序列仅由四个天然核苷酸中的三个组成。该信息使用每个片段中不存在一个核苷酸进行编码。我们证明合成 DNA 可以储存在芯片上,当 DNA 从芯片中释放出来时,可以通过测序合成和读取第二条链。我们的设置有助于在不到 1 秒的时间内写入一个核苷酸,并且在合成 DNA 以进行数据存储方面具有巨大潜力。