Ⅰ 世界上有哪几种基因保存技术
每个人都有独特的性状以及表现,而这些都与我们的基因有关,而基因是控制生物遗传性状的主要物质,并且也是有效的DNA片段,每个人的基因都会不相同,而如今组建了基因组计划,所以每个人的基因都可以进行保存,而采用的保存一般都是低温冷冻保存,所以可以采用液氮保存技术,电制冷技术以及低温休眠保存技术,纳米分子包裹技术等等。并且这些保存时间也是非常长的,而且对我们未来的生活也是有一定的保障的。
随着科学技术的不断发展,如今基因保存已经不再是一个难题,并且保存技术也在不断的增多,无论是液氮保存技术还是纳米分子包裹技术,都是为了我们的生活以及安全着想。
Ⅱ 植物DNA提取后怎么保存
短时间的正宴宽话,将提取到的DNA溶于无菌水或TE缓冲液举亮,放于4℃祥迹冰箱保存即可。
Ⅲ 分子(DNA、RNA)样品的保存
本文将介绍DNA、RNA的保存策略,顺带提及细胞的保存方法。
DNA为双螺旋结构,具有较高稳定性,但在野外样品采集的过程中仍需注意,以防降解。下面介绍以测序为目的的 植物DNA 采集与保存方法。
(一)组织的采集
通常 采集 用于测返模序的材料为当年生新鲜、幼嫩(近成熟)的健康组织,多以叶片为主,但当叶片难以获得时亦可采集植物的其它组织或器官(如芽、花、果实和种子等)。每份样品采集3-5g(鲜重),若为叶片可以表面积不小于50cm 2 计指世厅算(尺寸大小约等于成年人的手掌面积),每号DNA材料最好分为2份保存。可以将新鲜的植物DNA材料快速放入液氮(或带有冷藏功能的采集箱)中直至运输回实验室 [1] ,回实验室后存于液氮或改用-80℃超低温保存,无需干燥,可长期保存(2年需行检查)。
用液氮或采集箱保存的 缺点 是不利于野外作业,下面着重介绍 干燥保存 的方法 [2] 。将新鲜的植物DNA材料置于柔软且透气性较好的纸袋中进行干燥。透气的纸袋可以将植物DNA材料在干燥时与 硅胶(干燥剂) 分开,这样即便植物叶片因干燥变脆后,也不会在运输过程中被硅胶挤碎,不会与硅胶混杂,并造成样品间的交叉污染。如果没有类似的纸袋也可用塑料的自封袋替代,但植物DNA材料就需要与硅胶置于一起进行干燥。
对于易失水的植物DNA材料(如纸质叶或幼嫩叶片等),应在野外采集DNA材料并立即进行快速干燥;对于不易失水的植物遗传物质材料(如革质叶或蜡质叶等),可在采集后放置一段时间( 在叶片失水前 ),然后再进行干燥,但最好在采集后立刻干燥;对于难于用硅胶快速干燥的遗传物质材料(如较厚或具多浆的叶片或种子等),可将这些材料碎成小片(块)后用硅胶快速干燥。
目前快速干燥植物DNA材料的最佳方式是硅胶(一种干燥剂),能够使植物材料在短时间内快速脱水,并且对DNA的损伤较小。有粉末状的白色硅胶(直径为20~30 Å)与变色硅胶(蓝色)两种类型可供选用,但混合使用效果更佳。粉末状硅胶能与组织紧密接触,加快干燥效率,变色硅胶则能显示出干燥的情况。通常变色硅胶是必要的,而粉末状硅胶可酌情使用。使用时应放入足够的硅胶( 使硅胶覆盖全部的遗传物质材料 )进行快速干燥。
(二)组织的保存
利用硅胶对植物组织干燥处理之中或之后,除野外采集过程,均需置于合适的环境当中。该环境的唯隐条件为温度(4-15℃)、湿度(相对湿度小于10%-30%),如果没有相应的保存条件,可在室温下保存,但一定保持在通风条件良好且干燥的环境下;植物DNA材料也可以在低温(-20℃)或超低温(-80℃)条件下保存,但需要保持DNA材料的干燥状态。尽管在这些条件下看似保险,但实际上植物DNA材料(如叶片等)很难长期保存,如在室温下保存超过2年的植物DNA材料其基因组DNA就会发生降解。因此另一种策略是保存总DNA。
(三)总DNA的保存
利用常规的方法(CTAB法、SDS法、试剂盒法等)提取材料总DNA,保存前需检查DNA的完整性、纯度、浓度和含量等。
植物总DNA的保存最好以 干粉状态 保存,如果总DNA以 溶液 形式保存,则用1 × TE缓冲液稀释,且TE的缓冲液的pH值为8.0-8.5之间。植物总DNA低温保存最好在-80℃以下或液氮保存,无条件的也可在-20℃保存;总DNA应避免经常冻融;同时建议每份样品保存3-5个样本。总DNA提取后保存的时限通常较组织要长(>两年),但若长期保存,每隔两年应抽测,对不符合使用要求的DNA进行更新。
RNA为单链分子,稳定性差,极易降解,降解的主要原因是内源性核酸酶(ribonuclease,RNAase)的作用,它在活体内的存在时间也不长。然而外源性RNA酶也不容忽略,头发、灰尘、体液、塑料等均有RNA酶的存在。因此RNA的保存需极其谨慎,提取时应该戴帽子、口罩、橡胶无菌手套,并在洁净、灰尘少的地方提取。从组织材料的采集开始,经运输与储存,包括实验的全过程,涉及到RNA的均需将其处于 液氮 中 [3] ,该温度下细胞生理生化过程近乎停止,方能较长时间保存。这意味着不仅组织材料需保存于液氮中,实验操作也需保证液氮充足供应。将样品保存于-80℃等均无法制止RNA的局部或完全降解。
细胞是DNA、RNA的载体,细胞也构成了组织。当涉及专属的细胞学实验时,便需要特殊的方法对其保存,这往往是细胞工程的基础。例如做单细胞克隆,要求细胞具有活力。又如基于某些目的使用流式细胞术分析细胞,此时要确保细胞能够相互分离,通常要求细胞具有活性,糖在细胞内的累积会导致分析不准。液氮的低温环境(-196℃)是目前最佳的冷冻保存温度,复苏后细胞的结构和功能完好。如果冷冻过程得当,一般生物样品在-196℃下可保存十年以上。应用-80℃保存细胞,短期内对细胞的活性无明显影响,但随着冻存时间延长,细胞存活率明显降低。
不同层次的样品,需根据样品性质、实验目的、保存条件,综合分析,选择最适合的方法。目的样品是分子水平,就需从分子角度考虑组织的保存;细胞水平,则是从细胞角度考虑。不同层次对细胞的活性要求也不同。
[1] 王珍,方宣钧.植物DNA分离[J].分子植物育种,2003(02):281-288.
[2] 高连明,刘杰,蔡杰,等.关于植物DNA条形码研究技术规范[J].植物分类与资源学报,2012,34(06):592-606.
[3] 张荻.百子莲花芽分化及开花机理研究[D].东北林业大学, 2011.
[1] RNA降解原理 . Cas9X海星生物 - 搜狐.
[2] 【科学普及】“最好细胞”的保存——浅谈细胞冻存 . 政务:细胞世界 - 澎湃.
Ⅳ 遗传信息怎么能永久保存
液氮保存技术、电制冷保存、低湿休眠保存技术、纳米分子包覆技术、干血片保存法、固相吸附技术
由于环境中我们赖以生存的要素:氧气、阳光、温度等等,都会让DNA分解,此外自然界中的各种微生物也是DNA的“天敌”。因此,想要DNA能够长久保存并保持稳定,就要隔绝这些要素。
不同的保存技术
1、液氮保存技术
保存条件:-196℃液氮中保存
保存期限:长期保存
液氮保存技术,是将DNA样本放在-196℃的液氮中进行低温保存。优点是能够实现长期保存,能够满足未来基因检测及基因治疗运用的需求。
但保存要求条件高,且价格比较昂贵。需要通过专业设备(液氮罐)来保存,并时刻保持冷冻状态,一旦液氮保存装置发生问题,DNA样本就会出现质量问题。
2、电制冷保存
保存条件:-80℃温度
保存期限:长期保存
电制冷保存,通常保存在-80℃环境中,需要使用专业的保存设备进行保存,如-80℃冷冻冰箱。
科研机构常使用这种保存方式长期保存研究用的生物样本,但保存期限比液氮保存技术稍短。
3、低湿休眠保存技术
保存条件:冰箱冷藏
保存期限:100年以上
美国Securigene公司的低湿休眠保存技术,可以将纯化后的DNA密封在DNA胶囊装置内,并放置在冰箱内冷藏保存。
价格较低,在389美金左右,保存的DNA也能够满足使用需求。但易受冰箱保存条件影响,一旦冰箱断电,会影响到保存品的质量。
4、纳米分子包覆技术
保存条件:室温保存
保存期限:100年以上
纳米分子包覆技术,通过采集口腔脱落的口腔黏膜上皮细胞,从中提取出DNA分子颗粒,并在表面上包裹一层包覆层,形成核-壳结构,使制作好的基因保存品有很好的稳定性,能够在室内常温保存。
使用纳米分子包覆技术制作的基因保存品,能够满足未来疾病精准对比检测使用的需求。价格相对高昂,20年保存期大约需要13000元人民币。
5、干血片保存法
保存条件:常温保存
保存期限:10-20年
干血片保存法就是使用一根刺针,刺破足底采集一管血,然后滴到采样纸上,再将干血片放在密封袋里,储存在档案柜里面。
Ⅳ DNA存储,拯救人类数据危机的良方
开一个脑洞:如果地球正在面临一场马上到来的毁灭性星际灾害,人类又想尽可能地保存地球的生命和文明,在现有条件下,该怎么办?
像大刘一样让地球停止自转然后逃离太阳系,这恐怕来不及了。而如果像诺亚方舟一样,一股脑把人类、动植物和人类的知识搬运到飞船上,现有的火箭运载能力,恐怕也装不下这些物质的亿万分之一。
如果想尽可能多、尽可能长久地保存地球的生物,我们只需要把所有物种的DNA序列信息收集打包,在飞船的低温环境下便可以保存长达数十万年;而人类文明的信息呢?我们知道这些信息最高效的形式就是数据,而这些数据主要存储在硬盘和光盘当中的。
想想这些硬盘储存器的重量和数据密度,我们不得不再一次气馁。更何况,可能飞船还没逃出太阳系,这些数据就会因为硬盘或光盘的寿终正寝而丢失。
那么DNA能不能当做硬盘来存储数据信息呢?答案是,可以的。
DNA绝对是这个星球上最古老的生命信息存储工具,同样也可以作为数据信息的存储介质,且存储密度和使用寿命要远远超出现有的磁盘式的存储方案。因此,DNA存储,正在被人类视为数据存储的未来,成为拯救人类数据存储危机的最好的替代方案。
DNA存储具体是怎么做到的呢?现在发展到那一阶段?商用的话还有哪些阻碍?这需要我们一一解答。
在了解DNA存储是如何工作的之前,我们简单了解下磁存储和光存储这两种现有的解决方案的原理。
磁存储的原理就是在金属材料上涂上磁性介质,在通电的情况下形成电磁效应,可以进行存储和表达0101的二进制信息。磁存储的硬盘的优点是录入和读取的速度快,缺点是与体积重量相比,数据密度较低。经过60年发展,大概可以在3.5英寸大小的硬盘驱动上存储3TB数据。
光存储的原理是将数字编码的视频和音频储刻录在光盘表面的凹槽中,再通过激光将这些凹槽中的数据读取出来,进行转存或播放。当前,光存储也正在经历存储的极限。因为想要存下更多的数据,凹槽就必须越小、越紧凑,要求激光的精度也越高。目前,单层蓝光光盘能够保存 25GB 以上的信息,另一种紫外线激光如果研制成功,其光盘容量可以达到500GB的容量。
相对于磁存储和光存储而言,DNA存储有哪些优势?
首先,就是节约空间。但这些单层平铺式的存储方式,比起DNA的双螺旋立体结构来说,其存储量就有了多个数量级的差距。DAN本身的物理体积极小且又是立体结构,单位空间的数据密度非常高。举个简单的例子,1克DNA不到指尖上一滴露珠大小,却能够储存700TB的数据,相当于1.4万张50GB容量的蓝光光盘,或233个3TB的硬盘(差不多151KG重)。
再则,非常节能。现有存储方式,比如说一个数据中心,要消耗大量的单晶硅,还要消耗大量的电。而DNA物质只需保存在阴凉、干燥的地方就可以,基本不需要额外的人工维护。就算需要把DNA冷冻起来,消耗的资源和能源也几乎可以忽略不计。
此外,最重要的一点就是,保存时间非常久。现在高密度的存储器都会随着时间推移而衰减,能存储时间最长的工具是磁带,其寿命也就50年,其他的存储器寿命更短。比较而言,DNA则保质期就以百年计算了,如果将其冷冻起来,能保存几千甚至上万年。
看来人类文明的拯救方案有了,但DNA存储到底是如何做到的呢?
众所周知,DNA由四种含氮碱基——A、T、C和G互补配对构成,科学家将腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)和胸腺嘧啶(T)分别赋予二进制值(A和C=0 ,G和T=1),随后通过微流体芯片对基因序列进行合成,从而使该序列的位置与相关数据集相匹配。这样就把这些碱基对编码成1和0的组合,就可以用DNA的序列信息来表达二进制的语言了。
当每次将二进制语言写进DNA序列当中,就可以把“DNA硬盘”放到低温环境中进行保存。而需要读取数据的时候,只用对目标DNA进行测序,将碱基对还原成二进制编码,再完成解码,就可以还原为我们常见的数据了。
原理是非常简单,但科学家是如何做到的呢?这就要简单回顾下DNA存储技术的发展史了。
最先想到这一方法的是一位艺术家Joe Davis,他在1988年与哈佛研究人员合作,把一个取名为Microvenus(小维纳斯)的7*5像素矩阵的照片,转化成35个碱基的DNA序列,插入到大肠杆菌里,第一次把不属于自然演化的信息写进了在DNA当中。
(Microvenus代表女性和地球)
2010年,美国合成生物学家克雷格•文特尔((Craig Venter)带领研究团队化学合成了整个支原体基因组DNA,取名为“辛西娅(Synthia)”,并以“自娱自乐”的方式将课题研究者的名字、研究所网址和爱尔兰诗人詹姆斯的诗句等信息编码进新合成的DNA中。
2011年,哈佛大学的合成生物学家乔治·丘奇(George Church)和加州大学的瑟里·库苏里(Sriram Kosuri)领导的团队以及约翰•霍普金斯大学的基因组专家高原(Yuan Gao)首次进行了概念证明性实验。团队使用短DNA片段编码了一本丘奇的659KB数据的书。
2013年,欧洲生物信息研究所(EBI)的尼克•高德曼(Nick Goldman)和他的研究团队也成功地将包括莎士比亚十四行诗和马丁•路德•金“我有一个梦想”的演讲片段、一篇沃森和克里克DNA双螺旋论文副本等5个文件编写进了DNA片段里当中。739KB数据成为当时最大的DNA存储文件。
2016年,微软和华盛顿大学又利用DNA存储技术完成了约200MB数据的存储,成为DNA信息存储技术的一个飞跃。
2017年7月,《自然》杂志发表了哈佛大学医学院的赛斯•希普曼(Seth Shipman)和乔治·丘奇合作的一项活体DNA存储的研究。他们把一部130年前的黑白电影《奔跑中的马》存在了大肠杆菌的DNA上。虽然大肠杆菌体内有一段“奇怪的DNA”,不仅能够正常生存,还可以正常遗传,每次繁衍都是一次数据复制。而且存储在基因组中的电影,在每一代大肠杆菌中也都完整无缺地保存下来了。
但因为细胞的复制、分裂以及死亡,会造成信息出错的风险,未来数据安全,大多数情况下存储信息的DNA都是以DNA干粉的形式存在,活体细胞存储的研究转向合成DNA存储。
同一年,哥伦比亚大学和纽约基因组中心在《科学》杂志发表了一项称为“DNA喷泉”算法高效的DNA存储策略。这项技术展示了最大化利用DNA的存储潜力,成功将海量信息压缩至DNA的四个碱基,即为每个DNA编码1.6比特(bits)的数据,比之前多存储了60%的信息,逼近理论极限(1.8比特)。该方法能够将215PB数据存储在一克DNA中,相当于2.2亿部电影。
2018年,爱尔兰沃特福德理工学院(WIT)研究人员开发出一种新型DNA存储方法,可在1克大肠杆菌DNA中存储1ZB的数据。
2019年,丘奇团队又在《科学》期刊上发表了一项实验结果。他们将丘奇的一本大约5.34万个单词《再生:合成生物学将如何改变未来的自然和自己》的书,以及11张图片和一段Java程序,编码进不到亿万分之一克的DNA微芯片,再成功利用 DNA 测序来阅读这本书。
这些科研的快速发展也意味着DNA合成技术(数据写入)和DNA测序技术(数据读取)正走向成熟。但同时,DNA编码过程仍然存在着存储/读取速度和成本等问题,DNA存储离商业化还在路上。
在实验室里,看起来DNA存储并不复杂,但是在商业化上面,仍然还面临着一些问题。
首先,存储和读取的速度都很慢。DNA存储设备的访问速度很慢,存取也很费时间。相比较磁盘存储的电磁信号,DNA合成却要依赖于一系列化学反应。用磁盘写入200MB数据,不用1秒,用DNA合成差不多得需要3周的时间。
其次,DNA介质不能覆盖和重写。在DNA里,一旦把信息存进去,一般来说不能修改。想读取这个文档,需要把全部信息完全测序出来再转码。
第三,数据存储的准确性有待提高。目前DNA测序时的重复读取导致读错概率较大。
第四,随机读写困难。目前DNA合成技术无法一次性产生较长的DNA分子,只能合成众多的短片段。这使得在众多DNA小片段组成的混合物当中,快速调取特定数据存在困难。
最后,也是最重要的,DNA存储成本太高了。比如目前DNA存储200MB数据,需要耗资80万美元,而用电子设备,成本连1美元都不到。
但正如上面所说,如果放到更长的时间尺度上和数据存储空间压力下,DNA具有的大存储密度、高节能环保、超长稳定性的独特优势就显现出来了。只要随着存储和读取技术的发展,DNA编码和测序的效率提升,成本大幅下降,DNA存储离商业化应用也就不远了。
那么,现在在商业化上有哪些进展呢?
在2015年,微软公司和华盛顿大学合作发表了一个成果,采用定点读取信息,也就是给一个长长的DNA链里加入一些追踪标记。这些类似索引机制的标记,可以不用每次等测序完整DNA长链,就能选取合适的标记进行读取。
2018年,读取技术又实现突破,微软研发了“纳米孔”读取技术,让 DNA 介质列能挤过一个很小的纳米孔而读取其中每个 DNA 碱基。这一技术让大大缩小了读取设备的空间开支,一个手掌大小的 USB 设备就能进行读取,但读取速度在每秒几KB左右,可以说仍然相当慢。
2019年3月,微软团队在《自然》杂志发表一项新的进展,他们开发了世界上第一个自动DNA存储介质。相比较于手动操作进行DNA的合成和测序,能够自动化方式进行DNA编解码才是未来商业化的出路。
另外,关于DNA存储和读取时长以及成本的问题,一家2016年成立的美国初创公司Catalog也正试图尝试解决。
去年,Catalog将一共16G的维基网络英文版文本存储在了一个DNA分子上。他们使用了一台DNA书写器设备,以4Mbps的速度在DNA中记录这些数据。这意味着在一天内可以记录125GB,大约相当于高端手机可以存储的容量。这一速度已经是之前研究所存储速度的三倍。
目前,Catalog使用了由20到30个碱基对长预制合成DNA链,通过酶嵌套在一起,可以存储更多的数据。这些片段的排列就像英语使用26个字母一样,理论上可以创造出无数的组合。据Catalog估计,未来进行1MB数据DNA存储成本将不到0.001美分。
当然,如果未来这家创业公司真的能够将成本大幅降下来,那么确实有可能为DNA数据存储的商业化铺平道路。
在2019年,《科学美国人》与世界经济论坛联合发布的当年全球十大新兴技术中, DNA数据储存技术名列其中。
可以预见,磁存储和光存储方式在未来一段时间仍将占据数据存储方式的主流。不过,即使我们不会出现地球末日这种极端情况,因为近几年数据激增,人类也正面临数据存储空间不足的严峻问题。同时,数据存储需求激增,带来的是硅晶片使用量的激增,以及由此引发的环境污染问题、水资源和能源消耗等问题。
DNA存储技术的实现,一定程度将缓解传统存储的容量问题,并大幅减少电子元件和能源的消耗。
Ⅵ 人的DNA有何神奇之处人的基因是如何保存的
对大多数人来说,DNA数据存储是一项非常神奇的技术。自然界数亿年来,各种生物利用DNA携带的遗传信息来保证物种的繁殖。在20世纪60年代初期,科学家们提出了利用DNA存储信息的想法。目前生命科学大数据整体话题已经火了很久,编着也一直关注这方面的动态。今年年初宣布将16G的维基网络储存在DNA分子中,不久前大使分子也表示可以储存数据,甚至有人建议使用光谱。科学技术需要超前的想象力,但科学也要正视任何现实和它带来的所有影响和结果。”
我是无知的。nature和science报道了类似的研究,但以前存储的数据都很小。也就是说,没有超过1Mb。这次研究存储了超过200mb的数据。做这个真的很贵,很贵,很贵。这个研究是微软做的。据推测,将投资数千万、数亿或美元。所以我们只是想了一会儿“快点,提取我的血液,分离特异性的T淋巴细胞,找出起始序列是多少DNA序列,快点破译。所有敌国的信息都在里面。”孩子们不需要读书,直接将数学、语言、英语、所有代码转换成DNA,自然无敌。
Ⅶ 提取的DNA应该如何保存、。急急急
不论是哪厅旦没种DNA,保存于扮纳pH8.0 的迟袭TE缓冲液,-20度保存就可以了。
Ⅷ DNA在细胞内是什么样的存在方式
在差棚细胞内,DNA能组织成染色体结构,整组染色体则统称为基因组。染色体在细胞分裂之前会先行复制,此过程称为DNA复制。对真核生物,如动物、派脊植物及真菌而言,染色体是存放于细胞核内;对于原核生物而言,如细菌,则是存放虚羡则在细胞质中的类核里。染色体上的染色质蛋白,如组织蛋白,能够将DNA组织并压缩,以帮助DNA与其他蛋白质进行交互作用,进而调节基因的转录。
Ⅸ 模版DNA怎么保存
看需要保存多少时间,
短期【1-6个月】
-20/-80℃ 冷冻保存
更长时间【1年-几十年】
就需要专门的模板DNA室温保存系统对DNA进行保护,处理后可以直接放在室温情况下,直接使用。
低温保存无法对DNA样本提供绝对安全的长久保存,其实只是延缓DNA氧化和水解的过程。
至于长时间的样本保存为什么不能用低温冷冻的方法,是因为在样品的冻结过程中,会产生一个波阵面,这种界面会引起样本浓度的局部变化,并产生机械应力;这种波阵面的产生跟冻结的速度有关,缓慢的冻结会产生很大的波阵面,机械应力也会很大,而快速冷冻相对波阵面会减小,但是会产生很多小晶体,产生这些波阵面和晶体带机械应力都会造成DNA链的断裂
Ⅹ 怎么保存亲人的DNA
DNA保存技术目前已经非常成熟了,而且国内一些公司的技术已经处于世界领 先水平。比如:金念科技(杭州)公司,可以通过口水来提取DNA物质,并通过技术手段,制作成固态的保存品,可以在常温下自行保管。大大降低了生物样本的保存成本。他们跟许多老年医院、疗养院、康复医院合作的,可以在当地了解下