基于DNA数据存档的信息加密（简称DNA加密）已被提倡了数十年，并因其显著的优势（如高存储容量、复杂性和可编程性）而极具吸引力。
早期的DNA加密方案主要利用天然的四字母遗传字母表进行数据存储，信息存储的DNA序列很容易通过常规DNA测序解密，因此容易受到攻击，面临严峻的安全挑战。
2024年12月23日，西北工业大学赵广厚、河南师范大学李凌君、中国科学院深圳先进技术研究院黄小罗、戴俊彪
共
同通讯
在
National Science Review
（IF=16.3）
在线发表题为
“
Towards next-generation DNA encryption via an expanded genetic system
”
的研究论文，
该研究
通过扩展基因系统实现了下一代DNA加密。
随着信息技术的飞速发展，人类社会在探索同时提高信息存储密度和安全性的新型解决方案方面正面临着严峻的挑战。在从量子比特存储到代谢组存储等各种前景广阔的存储格式中，DNA因其超高的存储密度、便携性、生物兼容性、低能耗 和长寿命而成为一种无与伦比的材料。自上世纪末以来，Joe Davis 等人和Clelland 等人独立展示了一种具有里程碑意义的存储和隐藏DNA编码信息的方案，开启了基于DNA的信息存储和加密的新时代。
在过去的十年中，DNA 数据存储在基础技术方面取得了突飞猛进的发展，包括将数字信息有效编码到核苷酸序列并合成（写入）的先进方法、使用各种介质将其组织起来以便长期保存（存储）、选择性检索（随机存取）的创新解决方案，以及将其忠实读取并转换回数字数据（解码）的新方法。
迄今为止，DNA 数据存储已被证明具有巨大潜力，其实际应用也日益明显。
与此同时，为了提高 DNA 信息的安全性，人们开发了各种先进的加密策略，通过加入更复杂、更容易误导的假 DNA，以及隐藏或
随机化DNA合成设计，或利用新颖的 DNA 结构来存储和保护信息。
然而，这些基于DNA的策略一般仅限于利用天然的双碱基对遗传字母表（A-T 和 G-C）来实现一般的存储应用，这些信息可能会被常规测序方法读取或解密，因此存在严重的安全问题。
基于UBP的多级加密系统示意图（图源自
National Science Review
）
为了规避直接测序的威胁，之前有人提出了一些优雅的设计 ，利用特定的DNA相互作用或反应来加密信息，但诸如要求控制良好的相互作用或反应条件，以及确保数据完整性等问题仍然构成挑战。例如，有人利用亚硫酸氢盐介导的C到U的转换，转换C核碱基编码的比特，从而实现DNA加密。然而，这种转换需要苛刻的条件（酸性和高温），会导致 DNA 降解和DNA编码信息的丢失。
鉴于这些挑战，亟需开发一种不仅能实现高标准加密，还能确保DNA编码数据的完整性和可靠检索的方法。
在这里，一种非天然碱基对（UBP）-dNaM-dTPT3 被引入到信息和/或索引DNA序列中，这些序列可以在体外或体内存储；这种方法实现了 “秘密 ”信息的生物正交加密，在非天然碱基存在的情况下，信息DNA可以被选择性地、忠实地和可读地检索或读取。此外，还开发了一种名为 IM-Codec的独立计算算法，通过插入UBP 将数据加密为 “密钥序列”（KS）和 “信息序列”（IS）。
最后，还开发并验证了一种基于 UBP 的多级 DNA 加密方法， 用于数据加密和解密。使用UBP扩展基因系统进行数据加密，应能为高度机密数据的存档提供有价值的解决方案，从而开创DNA加密的新时代 。
参考消息：
https://doi.org/10.1093/nsr/nwae469
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