镜像蛋白信息编码与存储技术
生物大分子用于信息存储和编码近年来受到了广泛的关注。本文报道了一种基于镜像蛋白的信息编码与存储方法：
（1）利用D-氨基酸作为信息编码与存储的基本结构单元，利用蛋白化学合成技术得到含编码信息镜像蛋白材料，并通过物理掺杂等方式将信息存储于目标物件中；
（2）通过生物素-链霉亲和素树脂介导的特异性富集从目标物件中提取镜像蛋白，并使用Ni(II)介导的镜像蛋白序列选择性切割得到信息编码的多肽；
（3）通过LC-MS/MS测序技术实现了信息解析，最后转码还原为原始信息。
使用镜像蛋白信息编码与存储技术，本文将多个汉字编码为镜像蛋白，存储至聚对苯二甲酸乙二酯(PET)薄膜中，并通过镜像蛋白信息材料富集提取、LC-MS/MS测序等操作，最后解码得到原始信息。相比于天然生物大分子作为信息编码与存储材料，本文报道的镜像蛋白具有稳定性好、持久耐用等优点。
中国科学技术大学郑基深教授和梁军副教授为共同第一作者，清华大学刘磊教授为通讯作者，以“A mirror-image protein-based information barcoding and storage technology”为题发表于Science Bulletin 2021年第15期。
Scheme 1. The framework and proof-of-principle of data-barcoding in mirror-image proteins.
Fig. 1. Ni(II) mediated selective cleavage of the D-peptide sequence “shhw”. (a) Proposed mechanism; (b) RP-HPLC traces of D-peptide cleavage; (c) ESI-MS of peptides 1 and 2; (d, e) the stability of 1 and 1′ in serum solution; (f, g) the stability of 1 and 1′ in trypsin solution.
Fig. 2. The barcoding of mirror-image peptide 1.
Fig. 3. Parallel mirror-image proteins for data barcoding.
Fig. 4. Use of the mirror-image protein-Unicode system to write Chinese words. (a) Mirror-image protein technology based decoding rules for Chinese words. (b) The general steps for the barcoding of Chinese words.
Fig. 5. Process overview of mirror-image protein-based data storage, including the steps of encoding digital files, protein synthesis, handling and storage, sequencing and decoding. During encoding, binary data are randomized, fragmented, indexed and redundancy using error-correcting codes.
Ji-Shen Zheng, Jun Liang, Wei-Wei Shi, Ying Li, Hong-Gang Hu, Chang-Lin Tian, Lei Liu. A mirror-image protein-based information barcoding and storage technology. Science Bulletin, 2021, 66(15): 1542-1549
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Science Bulletin是中国科学院主管、中国科学院和国家自然科学基金委员会共同主办、《中国科学》杂志社和Elsevier合作出版的自然科学综合性学术刊物，半月刊。报道范围主要涵盖物理学与天文学、化学、生命科学、医学科学、地球科学、材料科学、工程科学等新兴和前沿交叉学科。除Short Communication、Article、Perspective、Review等论文和评述类栏目外，还开设了News & Views、Research Highlight、Commentary、Correspondence等观点、消息类栏目。2020年影响因子11.780，位列全球73种多学科综合类期刊第7位，处于国际综合类期刊Q1区。中科院文献情报中心SCI期刊分区1区；中国科技期刊卓越行动计划领军期刊。