以色列黑科技:任何物体都可以完美克隆

  北京时刻12月10日音讯,科学家在一只运用3D打印技能制成的“兔子”中注入了遗传资料,向或许的“DNA物品”年代迈出了第一步。在“DNA物品”年代,生物技能会让电子产品更智能。x5M

  曩昔9个月,不管去哪里——参与学术会议、去机场和穿越国境线,在以色列基因测序公司MyHeritage上班的雅尼夫·埃利希(Yaniv Erlich)都会随身携带着一只白色的小塑料兔子。尽管看起来很心爱,这只金橘巨细的塑料兔子并非是玩具或走运符。不过,假如堵截它的脚,这只小兔子的奇特之处就展现出来了。运用堵截处的遗传物质,任何人都能够制作更多与它如出一辙的兔子——当然,条件是需求有DNA测序仪和3D打印机。x5M

  这是怎么回事呢?其实很简单。DNA是天然界中的遗传信息存储介质,是一种双螺旋结构的生物大分子。但DNA也是一种编码,这意味着咱们能够运用它存储其他信息。包含埃利希在内的科学家,进行这方面的研讨现已有一段时刻。有多家公司都在开发DNA数据存储技能。但还没有一家公司运用DNA尺度小和信息存储密度大的特性,将它“织入”日常物品结构中。埃利希表明,将DNA整合到物品中,将构成“DNA物品”,物品的智能将不只是来自它们经过无线电波彼此通讯的才能,也来安闲物品中注入的信息。x5M

  这便是埃利希制作这只兔子的原因。x5M

  这只塑料兔子是在埃利希在苏黎世联邦理工学院的协作者罗伯特·格拉斯(Robert Grass)的试验室中运用3D打印技能制作的,身体内嵌入了数以万亿计的微型玻璃珠,每个玻璃珠包含稀有十个组成DNA分子。这些DNA分子存储有制作这只兔子所需求的数字化图纸,能够给3D打印机下达指令:喷头移动到哪里,何时喷出打印资料生成兔子的四只爪子、两只耳朵和尾巴。这只兔子包含有3.7亿份描绘其概括的数字文件。x5M

  从3D打印兔子耳朵上切掉一小块碎片,就能仿制出完全如出一辙的兔子x5M

  3D打印技能最早能够追溯到1993年春天,其时,斯坦福大学图形试验室一名博士后工作人员出去购物时带回一只陶土原料的兔子。运用试验室的激光扫描仪和适当原始的图画拼接软件,他生成了陶土兔子的电脑化版别。被称作“斯坦福大学兔子”的这个图形文件,是第一批3D物体的数字化表明之一。x5M

  它成为一代核算机图形规划师的训练场。他们运用它学习怎么对纹路分层、烘托兔毛。为了进步核算机图形规划师创造动画的才能,它“遭受了数不清的糟蹋”。现在,兔子现已成为学习3D打印课程的标配,简直每个学习运用3D打印机的人的第一件著作,都是一只塑料兔子。x5M

  作为一名核算生物学家、白帽骇客,埃利希在2000年代中期曾“臭名昭著”:运用一部精心放置的手机攻破以色列一家大银行。数年后,只运用互联网衔接,他泄露了一个匿名基因数据库中用户的身份。上一年他表明,这类数据库规划现已适当大,其间包含有逾对折美国人口的信息,乃至是从来没有测验过DNA的人。x5M

  埃利希与其内弟(一名图形规划师)首要想到在物体中注入DNA的主意。他们其时议论的论题是:怎么使相片——能挂在相框或放在相册中的纸质相机——不会因时刻消逝而损毁。他想到:将JPEG格式文件编码成DNA并喷在相片上或许是可行的,这将使相片能经过数字化技能进行仿制。x5M

  DNA测序x5M

  可是,DNA是一种很软弱的分子。高温、酸碱性发作大的变化和紫外线,都会导致其功能下降,然后损坏其间的编码信息。关于任何运用DNA存储数据的主意而言,保存其化学结构都是要害。x5M

  埃利希经过电子邮件与格拉斯评论了自己的主意。格拉斯创始了一种将DNA分子包进微型维护性玻璃外壳的办法。2013年,格拉斯就规划了生成带正电荷的二氧化硅颗粒的工艺,这使它们能与带负电荷的DNA亲近结合。二氧化硅颗粒能够构成一层薄膜,维护DNA分子免受许多要挟。x5M

  运用这一技能,它们规划了一种工艺,运用资料自身的DNA回忆出产资料——就像咱们身体中的细胞那样。整个工艺包含将物体的数字化蓝图转换成基因序列,生成相应的DNA分子,把它们包裹在二氧化硅中,把二氧化硅微粒嵌入在熔化的塑猜中,把塑料“纺成”细丝,把塑料细丝加入到3D打印机中,然后打印物体。他们的这一效果宣布在今日出书的《天然·生物技能》上。x5M

  就像从理论上能够运用数个体细胞克隆人相同,咱们能够从埃利希的兔子身上剪一小片碎片,用它来生成另一只兔子。实际上,他随身携带的那只兔子,其实是第三代克隆产品。运用从兔子耳朵上取下的一小块碎片,就能够取得格拉斯团队用来3D打印兔子的数据文件。他们溶解掉碎片中的塑料和玻璃,将保存的DNA转换为数字文件,然后并将文件上传到3D打印机。科学家一共生成了五代兔子,中心没有呈现任何信息丢掉现象。尽管中心阅历了适当长时刻,“历代”兔子和描绘它们的数字文件,依然完全相同。x5M

  美国加州大学洛杉矶分校生物化学专家苏里拉姆·科苏里(Sriram Kosuri)表明,“这是更有远景的DNA数据存储技能使用途径之一——遍及存储的初级使用。”运用遍及存储技能,一切的日常物品都能够存储有用的信息,例如出产地址、其配料或成分、运用手册、安全提示,以及收回或处置主张。科苏里指出,“他们两人开发的工艺的风趣之处是,展现遍及存储技能的可行性和可靠性。”x5M

  埃利希、格拉斯开发的工艺确实是可行的,但它有用吗?至少在DNA测序仪和组成仪的价格更廉价、更遍及之前,这一问题的答案是否定的。但埃利希并没有因而畏缩,他预言说,测序技能的遍及将使具有DNA感知才能的水龙头能检测水中的有害物质,马桶能陈述用户的身体健康信息。x5M

  运用DNA开发的图画搜索引擎x5M

  微软资深科学家卡琳·斯特劳斯(Karin Strauss)表明,“直接将信息嵌入资猜中将是一项真实有用的技能。”二维码将完全消失,用户手册不再有存在的必要。嵌有根据DNA的信息的物体,能够供给更高的功能。斯特劳斯担任分子信息系统的研讨工作,并与美国国防部高档研讨方案局协作,运用DNA开发图画搜索引擎。x5M

  这一技能依然需求在各种环境中——例如高温文强辐射——承受长时刻测验,了解信息的保存时刻。研讨人员还需求测验其他资料和出产工艺。x5M

  埃利希的团队还在进行别的一项试验,在眼镜的有机玻璃镜片中存储一段1.4 MB巨细的视频。它演示的不仅是这种技能存储更多数据的才能,也演示了它用来“躲藏”信息的潜力。“DNA物品”规划能够把灵敏文件藏在看似正常的物体中,使正常的物体变身为能够逃避安全查看的隐秘存储设备。埃利希说,“这些物体看起来与一般物体无异,因而,这一技能是躲藏信息的一个十分有用的办法。”x5M

  格拉斯以为这一技能最直接的使用,是将信息嵌入在“长命”物体中——它们的寿数或许会超越发生它们的公司,正在考虑建立一家新公司,将这一技能商业化。他在2012年与别人联合兴办的Haelixa,现已在出售二氧化硅封装的DNA二维码——协助盯梢经过杂乱供应链的产品。(作者/霜叶)x5M