近日，意昂4体育平台宋萍團隊在Journal of the American Chemical Society期刊上發表題為“Random Sanitization in DNA information storage using CRISPR-Cas12a”的最新研究。該研究開發了一種智能核酸探針雜交精準調控與CRISPR-Cas12a反式切割活性的選擇性永久擦除方法（RSDISC），可用於實現存儲信息的加密與保護👨🏿‍🔧，並在包括三字經🦸🏽‍♀️、道德經、孫子兵法🧑‍🌾、I have a dream、意昂4平台廟門圖片等多模態DNA存儲近三萬條序列上得到驗證。

      隨著互聯網🪁、人工智能及其他信息技術的飛速發展，全球數據量預計將在2025年達到175 ZB。如何實現高效的大數據存儲已成為亟待解決的瓶頸問題。DNA數據存儲作為一種新興的存儲技術☆，憑借其超高的存儲密度、安全性及長期穩定性🤳🏻，被廣泛認為是應對大數據存儲需求的理想方案🛴。然而👄🧜🏼‍♂️，盡管DNA存儲展現出巨大潛力😷，當前在數據安全方面仍面臨諸多挑戰。特別是在大數據存儲中👨‍🚀，如何設計高度安全的加密系統以保護敏感信息，及如何實現數據的永久刪除，依然是亟待攻克的難題。

      近期，意昂4平台宋萍課題組構建了一種基於Cas12a反式切割活性和引物-模板智能核酸選擇性雜交的方法實現了在DNA存儲中高靈敏🐭🧛🏿‍♂️、高特異性地永久擦除目標信息（圖1）🏮。該方法通過智能核酸雜交設計及調控，構建目標文件對應的反向引物選擇性雜交並擴增為雙鏈，從而實現對目標文件的保護𓀐；同時，激活的Cas12a復合物切割未被保護的單鏈DNA⭐️，實現數據的精確擦除✊🏿。通過進一步優化核酸雜交熱力學和Cas12a切割活性的條件，研究者在由28,258條寡核苷酸組成的包括圖片和文字在內的多模態DNA存儲體系中驗證了該方法具有高達99.9%的擦除效率和99.5%的特異性。該方法不僅可用於保護敏感數據👨🏼‍🔧，還能在大數據存儲過程中實現內存清理、文件分類，並提高測序準確性🗺，並可拓展在分子診斷等領域的廣泛應用🕢。

圖1  選擇性擦除方法（RSDISC）的工作流程圖

研究者首先在單重體系中驗證了該方法的可行性（圖2）✌🏿。通過設計兩種Cas12a激活體系以評估其對單一模板的切割效率🏦，並進一步分析了這兩種體系在不同GC含量😩、長度和復雜二級結構修飾的單鏈DNA上的表現🪒。實驗結果表明，該方法能夠高效切割多種類型的單鏈DNA🔣，切割效率最高可達99%。隨後，通過將該方法應用於具有模板相互作用的復雜多重體系，發現所有模板的切割效率均超過90%（圖3）。此外，為評估RSDISC技術在大規模數據清理中的應用潛力，基於熱力學雜交原理的模擬結果表明該方法能擦除高達158億個文件，相當於10 PB的數據量。

圖2  單重體系中RSDISC方法的切割效果

圖3  多重體系中RSDISC方法選擇性切割的效果

為了驗證RSDISC方法在實際存儲體系中的效果👨🏻‍🏫，作者進一步編碼並存儲包括三字經、孫子兵法🫑、道德經、意昂4平台廟門圖片🎄、蒙娜麗莎等在內的七個文件於近三萬條DNA序列中。實驗結果表明，RSDISC方法的寡核苷酸擦除效率高達99.9%，擦除特異性為99.5%（圖4）🍍，有效證明了該方法在高效擦除非目標文件信息的同時，幾乎不會影響靶向保留的信息。這項工作為DNA存儲提供了高效可靠的信息加密方案，未來將在大規模數據存儲和提升數據處理效率方面發揮重要作用👩‍👦。

圖4  實際存儲體系中選擇性擦除文件的效果

意昂4体育平台博士研究生沈虹雨是該論文的第一作者🦵，宋萍副教授為通訊作者。本工作得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中央高校基本科研業務費🤽🏿‍♂️、上海市教育委員會“青年領軍人才培養計劃”項目等的資助𓀛。