[發明專利]使用自組裝膜的多核苷酸包封和保存

有效

• 申請號: 201980068551.2
• 申請日: 2019-10-16
• 公開（公告）號: CN112955251B
• 公開（公告）日: 2023-02-28
• 發明（設計）人: K·施特勞斯;B·H·阮
• 申請（專利權）人: 微軟技術許可有限責任公司
• 主分類號: B01J13/02
• 分類號: B01J13/02;A61K9/127;B01J13/10;B01J13/22
• 代理公司: 北京世輝律師事務所 16093
• 代理人: 李崢宇

多核苷酸(如DNA)存儲在由自組裝膜形成的囊泡中。該囊泡可以是原始細胞、脂質體、膠束、膠體體、蛋白體或團聚體。囊泡可以包括表面官能化以改善多核苷酸的包封和/或結合具有特定序列的多核苷酸。包封在囊泡中為多核苷酸提供了保護。通過添加一種或多種穩定劑可以提供額外的保護。穩定劑可以是穩定多核苷酸的核酸穩定劑，或者可以是圍繞囊泡的保護性結構層，如硅石層。還公開了用于將多核苷酸穩定地存儲在囊泡中的方法和用于從囊泡回收所存儲的多核苷酸的方法。多核苷酸可用于存儲數字信息。

背景技術

數字信息的體量正以指數速率增加。數字信息量的這種巨大增長可能會超越傳統存儲技術的能力。一種用于存儲大量數字信息的有希望的技術是脫氧核糖核酸(DNA)。DNA作為可以存儲遺傳信息的分子是眾所周知的。但是，DNA也可以用作數字信息的存儲介質。多個不同的小組已成功地將計算機文件轉換為一串核苷酸堿基，合成了編碼該串的DNA，對合成DNA進行了測序，且然后以100％的準確度恢復了原始的數字信息。

作為存儲介質，就信息密度和穩定性而言，DNA具有優于常規光學和磁性介質的潛在優勢。使用DNA進行存儲可以實現每克超過200拍字節(petabyte)(即2億吉字節)的理論數據密度，這比使用傳統介質可能達到的數據密度要高得多。使用DNA，將世界上所有的數字信息存儲在單個房間中是可能的。DNA還可以提供更好的長期存儲。磁性和光學介質可能在五到十年內磨損。但是，已從數十萬年前的化石中回收了可讀的DNA。

然而，DNA的壽命取決于儲存條件。DNA易于受到熱、酶、誘變化學物質和電離輻射的降解。保存在溶液中時，DNA穩定大約10年，這與其他存儲介質的時間范圍相同。提供長期穩定性和高數據密度的存儲技術改善了DNA作為數字信息存儲介質的可用性。

發明內容

本公開提供了用于通過包封在自組裝膜中來穩定地存儲核苷酸(如但不限于DNA)的結構和方法。待存儲的多核苷酸與自組裝囊泡的前體混合。囊泡是由兩親分子(即具有親水性或“喜水的”和親脂性、“喜脂肪的”性質的分子)形成的封閉結構，并且在封閉結構內部可以包含溶劑和/或其他分子。當提供適當的條件(例如，pH、鹽濃度等)時，前體自發形成包含核苷酸的球形囊泡。這些球形囊泡是小的：通常在數百納米到數十微米(1×10^-7至1×10^-5米)的尺度?？梢杂米越M裝膜人工形成的囊泡類型包括原始細胞(protocell)、脂質體、膠束、膠體體(colloidosome)、蛋白體(proteinosome)和團聚體。

在含有多核苷酸的溶液中形成囊泡可導致多核苷酸被拉入囊泡內部，使得囊泡內部的多核苷酸濃度遠高于周圍溶液中的濃度。囊泡的孔隙大小、膜通透性、內部功能化和外部功能化可以將特定的多核苷酸(即優先移動具有特定核酸序列的多核苷酸)或非特定的多核苷酸集中到囊泡內部。功能化是指在囊泡膜的表面(內或外表面)添加特定的化學基團。

將含有多核苷酸的囊泡濃縮并干燥。這除去了所有或基本上所有的溶液和水分。干燥的囊泡可以采取粉末的形式。因此，多核苷酸被濃縮(相對于溶液中的濃度)并通過包封在自組裝膜中得到保護。通過使用一種或多種穩定劑進一步保護多核苷酸。穩定劑保護多核苷酸不受損害，并通過這樣做增加了多核苷酸可以儲存而沒有明顯降解的時間長度。

許多不同類型的穩定劑可以用于囊泡包封的多核苷酸。一些穩定劑作用于多核苷酸，而一些作用于囊泡。一些穩定劑提供化學穩定性，而其他穩定劑則提高結構穩定性。多種不同類型的穩定劑可以一起使用。如鹽類、螯合劑或糖類的化學物質可以穩定多核苷酸分子本身。這些或類似的核酸穩定劑可以在囊泡形成過程中添加。保護層也可以用于包封囊泡。保護層可以將囊泡包封在保護性殼中。