新加坡国立大学(NUS)的科学家利用细菌来记录、存储和检索DNA图像。这种类似于数码相机的生物模拟，作者将其命名为“BacCam”，是DNA数据存储技术以及生物和电子系统融合的关键一步。

文章《一种可以直接捕捉图像并将其存储到DNA中的生物相机》发表在《自然通讯》上。

在此发表之前，有两篇具有里程碑意义的论文讨论了使用细胞捕获光或将图像存储到DNA中，但没有将两者放在一起。2017年5月，麻省理工学院(MIT)ChristopherVoigt博士实验室的研究人员开发了一种系统，可通过控制色素生成在细菌培养板上生成“彩色照片”，并通过表达CRISPRi引导RNA来重定向代谢流。两个月后，哈佛医学院GeorgeChurch博士实验室的研究人员展示了一种在插入细菌基因组之前通过DNA从头合成对图像进行编码的方法。

BacCam是创造生活数码相机的重要一步。第一作者、新加坡国立大学综合科学与工程研究生院博士生程凯林(ChengKaiLim)及其同事提出了一种工作流程，利用分子生物学方法、光遗传学、条形码技术和生物系统来永久记录图像等数字信息。脱氧核糖核酸。

最初的BacCam是由ChuehLooPoh博士的实验室开发的，它使用重组酶系统，通过在特定位点编辑DNA来记录大肠杆菌暴露于环境蓝光的情况。为了捕获多像素图像，研究人员添加了一个组件，以将空间信息与通过光的输入信号同时捕获结合起来。为此，他们将含有上述电路的大肠杆菌群体放入黑色透明底96孔板的各个孔中，从下方投射预定图案的蓝光。

作为概念验证，他们使用BacCam记录了一些简单的像素图案，例如字母“BACCAM”和笑脸。BacCam还用于对数据进行编码，例如拼写“Heloowo|d!”的字母和符号。在8位ASCII代码中，通过为每个孔分配一位和每一列(8个孔)来编码一个ASCII符号。

新加坡研究人员还表明，他们可以随机访问图像并准确地重建它们。通过在第一个蓝色光系统之上叠加第二个正交光系统，他们能够捕获多种颜色的图像，从而极大地扩展了工作流程的可扩展性和密度。

基于细胞的生物相机优势

在这项工作中，使用活细胞作为DNA数据存储的编码器，与基于denovo体外DNA合成的数据存储格式相比，具有多种优势。活细胞是不断更新的DNA来源，因此大规模生产具有成本效益。细胞还拥有多种可以与DNA相互作用的系统，例如转录因子结合蛋白，并且还能够对化学、光和电手段等多种刺激做出反应，这些刺激也可以在体内记录到DNA中。此外，在BacCam中，写入步骤是并行完成的，因为每个位都是同时编码的。这样，写入的延迟就大大减少了。

随着DNA数据存储领域的不断发展，人们对桥接生物系统和数字系统之间的接口越来越感兴趣。这项工作展示了DNA数据存储的进一步应用，以生物形式重新创建现有的信息捕获设备，为信息记录和存储的持续创新提供了基础。

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