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有了DNA存储技术,我们人体就是“云硬盘”

导读:编者按:我们人体的所有信息都由DNA编码组成。你可曾想过,DNA能够像U盘一样存储信息?美国《科学》杂志近日发布的一项研究显示,一克DNA的储存容量相当于约20万台电脑!具体容量约为200 PB(20万兆)。这是因为DNA具有密度大、稳固耐用的特点。专家指出,当…

编者按:我们人体的所有信息都由DNA编码组成。你可曾想过,DNA能够像U盘一样存储信息?美国《科学》杂志近日发布的一项研究显示,一克DNA的储存容量相当于约20万台电脑!具体容量约为200 PB(20万兆)。这是因为DNA具有密度大、稳固耐用的特点。专家指出,当今时代信息爆炸,只要解决了成本问题,那么DNA储存技术的市场空间将无可限量。

DNA存储技术:并非首创

其实DNA储存技术早已有人在做了。2012年,哈佛大学研究人员用DNA储存了一本五万字的图书。欧洲生物信息研究所(European Bioinformatics Institute )也在DNA储存了莎士比亚的十四行诗以及马丁·路德·金的演讲《我有一个梦想》的录音带。

突破性进展:存储效率大幅提升

尽管不是首创,但是,这项DNA存储技术目前迎来了重大突破。研究员Erlich是该研究报告的作者之一,他表示:这是因为运用了一种编码技术,能让DNA存储效率提升60%,还能有效减小DNA存储过程中的出错率。他在美国哥伦比亚大学担任计算机科学系教授,同时也是纽约基因组中心(New York Genome Center)的核心成员。

有了DNA存储技术,我们人体就是“云硬盘”

“把数据输入DNA只需要不到一秒钟。DNA说白了只不过是四种核苷酸(nucleotides)排列组合的结果。我们只需要把这些核苷酸和数据一一对应。”

研究员Erlich说,一旦掌握了编码方法,或者找到了符合编排或数据输入要求的DNA,那接下来的工作就很轻松了。这是因为,可以由企业来负责DNA的实际制造过程。

独特魅力

“这么做,是为了激发人们的想象力吗?没错!就是想让人们感受到科学有趣的一面!”

DNA具有密度大、稳定性高的优势,因此DNA储存技术仍然比新兴的同类技术更让科学家着迷。研究员Kosuri说:“DNA储存技术所涉及的难度,相当于把单个原子放在一个物体表面。” 他指的是IBM公司,该公司曾在1989成功用35个氙原子拼出了“IBM”的字样。

他说:“排列原子也不是不可能的事,但必须要运用极高的成像技术,在接近于绝对零度的真空状态下才能完成。这就涉及到核心技术了。相比之下,我们的DNA技术要比它更实用,虽然在存储方面肯定没有软盘或U盘那么实用。”

DNA还可以储存3D影像。虽然全息存储(holography memory)和赛道储存(racetrack memory )技术也可以做到,但是研究员Kosuri说,DNA技术能储存的密度比它们要高得多。

克服技术难点

但是,DNA的合成过程是非常艰辛的。研究员Kosuri表示:“难就难在,DNA合成过程中,约有5%的时间,会损失掉随机合成的一个DNA。而且,不仅合成困难,就连读取DNA也是一个问题。如果有一种编码技术能够避免这种损失,那么DNA存储技术就会变得简单得多,也利索得多。”

美国《科学》杂志发布的这项研究,的确实现了这种编码技术。研究员Kosuri表示,这项技术可以让DNA合成过程中出现的失误容易让人接受。这要归功于一种特殊的编码技术,而用这项技术传送数字信息,通常能够适应连接中断的情况发生,比如在智能手机上播放Youtube视频。Erlich表示,这就意味着,这种编码技术能够处理那些比研究中使用的DNA质量低得多的DNA。

研究员Kosuri没有参与该项研究,但他是上述2012年哈佛大学研究报告的第一作者,如今是加利福尼亚大学洛杉矶分校(UCLA)的一名生物化学教授。

苏黎世联邦理工学院化学工程师Grass也参与了这项研究,他表示,研究团队成功地在DNA中存储并且恢复了一个操作系统,是个“优雅的成就”。他还说:“我每天都在‘使用’DNA,所以我明白这项工程必须要万无一失。” Erlich表示,他们是故意把那个操作系统放进DNA的。”如果不把文件完美地恢复,那么就可能会损毁某些内容。但我们就是要证明我们不怕把这种可能会损毁的内容放进DNA。”

Kosuri也同意这种方法十分高效:“我认为他们采用了正确的实验测试算法。他们选对了算法,而且看起来很奏效。”

成本巨大

在化学工程师Grass看来,合成DNA的成本比编排DNA的成本还要大。他说:“虽然编排DNA的成本太高,无法实际应用,不过现在有了纳米微孔 (nanopore) 插入计算机进行DNA编排的技术,所以它的成本越来越小了。但是,合成DNA的成本仍然十分之高。”

有了DNA存储技术,我们人体就是“云硬盘”

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