一只塑料兔竟有DNA，身体每处都能“克隆”本兔

作者：王韵壹、李英、熊慧卿

原创：关注前沿科技量子位
鱼羊十三发自凹非寺
量子位报道 | 公众号 QbitAI
神奇的事情还是发生了——一只塑料兔子也能拥有自己的DNA。

图源：WIRED
并且，切下兔子身体的任何一部分，就能“克隆”此兔本兔。
这项来自瑞士苏黎世联邦理工学院和以色列Erlich Lab的神奇研究，首次将DNA作为信息存储工具，注入到了日常物品当中（苏黎世联邦理工学院，享有“欧陆第一名校”美誉，爱因斯坦1896年至1900年期间就读于此）。
也就是说，甚至你家里的锅碗瓢盆，都能携带“遗传信息”了！
当千年后的考古学家得到了一堆被注入DNA的碎瓷片，通过基因测序，他不仅能打造出一个一模一样的碗，甚至还能从中还原整个文明的面貌。
UCLA的生物化学家Sriram Kosuri评价道：
这项工作最酷的地方，是证明了DNA真的能实现无处不在的存储。
这项最新研究成果，登上了Nature子刊《自然生物技术》。

一只塑料兔竟有DNA，身体每处都能“克隆”本兔

能存储DNA的3D兔子是怎么来的？
我们知道每一个生物都有DNA，而今天这项技术让无生命的物体也可以拥有DNA。
这只3D兔子是在苏黎世联邦理工学院的实验室中被打印出来的。
嵌入在兔子聚合物基质中的，是数以万计的微小玻璃珠，而每一颗都包含着几十个合成 DNA 分子。
所以，兔子本身就可以称得上是一个数字蓝图：包含了3.7亿份描述它轮廓的数据文件。

一只塑料兔竟有DNA，身体每处都能“克隆”本兔

这项研究采用的是一个叫 DoT(DNA of Things)的架构。
在这种架构中，DNA分子被融合到一种功能性材料中，从而创建具有不可变内存的对象。
研究人员选择了一个叫斯坦福兔子(Stanford Bunny)的对象。这是一个常用的计算机图形三维测试模型。

一只塑料兔竟有DNA，身体每处都能“克隆”本兔

首先，将兔子的二进制立体光刻(STL)文件从100kB压缩到45kB。
接下来，使用DNA喷泉(DNA Foutain)技术将文件编码为12000个DNA寡核苷酸(oligos)，这是通过单个CustomArray芯片所能产生的最大寡核苷酸数量。

一只塑料兔竟有DNA，身体每处都能“克隆”本兔

与文件大小相比，DNA喷泉编码的冗余度为5.2x，这就意味着即使在缺失80%的DNA寡核苷酸的情况下，依然可以正确解码文件。
然后，将PCR扩增的寡核苷酸装载到SPED(silica particle-encapsulated DNA)珠子中，并将其嵌入聚己内酯(PCL)中。
PCL是一种可生物降解的热塑性聚酯，具有低熔点和在各种有机溶剂中的高溶解度，使其成为在温和条件下进行共混和印刷的理想材料。

一只塑料兔竟有DNA，身体每处都能“克隆”本兔

为了准备3D打印灯丝(filament)，研究人员将SPED胶囊与溶解的PCL混合，然后将混合物挤出到与台式3D打印机兼容的2.85mm灯丝中。

一只塑料兔竟有DNA，身体每处都能“克隆”本兔

值得注意的是，灯丝中含有100mg kg−1(100ppm)的SPED珠，这对灯丝的机械性能、重量或颜色没有任何可检测到的变化。
每克SPED珠的DNA含量为2mg，即PCL灯丝的DNA浓度为0.2mg kg-1(0.2ppm)，远远低于生物有机体的DNA浓度。
最后，研究人员使用存储在含DNA的PCL灯丝中的相同文件进行了Stanford Bunny的3D打印。

一只塑料兔竟有DNA，身体每处都能“克隆”本兔

实验结果表明，通过使用便携式定序器，只需消耗少量的材料，就可以完美、快速地从3D对象检索数据。
研究人员从兔子的耳朵上剪下了约10mg打印的PCL，占兔子总重量(3.2 g)的0.3％。
而后，使用DoT架构进行了五代复制实验。

一只塑料兔竟有DNA，身体每处都能“克隆”本兔

第四代和第五代之间隔了9个月的时间，这也就表明兔子具有长期存储DNA的能力。
并且，可以从这五代产物中，都可以检测到这个文件。
但在几乎每一轮复制中，数据的完整性都有所降低，都能看到脱落分子的比例在增加。
在将DNA插入PCL灯丝之前，原始文库的比例为5.9%，而在最后几代，这一比例超过了20%。
为了更好的了解复制对文库组成的影响，研究人员还是用了二项式分布对每个寡核苷酸的正确序列读取数进行了建模。