【美国《大众科学》月刊网站3月4日报道】题:将数据存储在DNA上或许不切实际,但这是有可能的,并且听上去很酷
我们的脱氧核糖核酸DNA是我们自身全部程序的编码。现在人们正在用它为视频和操作系统进行编码。本周美国《科学》周刊上发表的一项研究结果显示,DNA是密集并且持久的存储介质,1克DNA能够存储20亿亿字节,相当于约20万台笔记本电脑。专家称,DNA在信息爆炸时代可能是一种大有前途的存储解决方案——只要成本不是问题。
哈佛大学研究成员曾在2012年存储了一本包含5万个单词的书。大约在同一时间,欧洲生物信息研究所存储了莎士比亚的十四行诗和《我有一个梦想》演说的音频片段等内容。但哥伦比亚大学计算机学教授、纽约基因组研究中心核心成员、该研究报告的共同作者雅尼夫·艾丽希说,这项最新研究的特别之处在于,它所使用的编码技术不仅令存储效率提高了60%,而且更能防止差错。
艾丽希说,一旦你弄清了如何编码,或者应该合成什么样的DNA或将数据写入什么样的DNA,其余的事情非常简单:制造DNA的任务就可以交给企业。艾丽希说:“数据只是一串0和1.从根本上说,DNA只是由四种核苷酸组成的序列。你需要将这些核苷酸映射到这些二进制数字中。”
但合成DNA可能是一件非常棘手的事情。哈佛大学2012年那篇论文的第一作者、现为加利福尼亚大学洛杉矶分校生物化学教授的斯里·克苏里(他没有参与这项最新研究)说,重要的问题是,一个随机的DNA片段有可能会丢失。
克苏里说,艾丽希的论文显示,新方法可以容忍DNA合成过程中的缺陷。研究人员依靠一种特殊的编码技术实现了这一点,该技术通常用于转换那些在容易受掉线影响的渠道中传输的数字信息,例如在手机上播放的YouTube视频。艾丽希说,他们的研究结果表明,这种编码技术可以处理质量低得多的DNA。他说:“我们仍然可以得到我们需要的结果,并正确读取信息。”
但克苏里说,正如五年前他们第一次将数据存储于DNA时一样,成本依然高的离谱。克苏里说,要想具有竞争力,花费可能需要降低到现在的百万分之一。
在这项研究中,研究人员话费近1万美元,只编制了2兆字节的代码。克苏里说,虽然新方法让我们能够使用质量不高的DNA,从而降低一部分合成成本,但总成本仍非常不切实际。
苏黎世联邦理工大学的化学工程师罗伯特·格拉斯说,若想将信息存储几百年,我们需要采取更多措施来稳定DNA。他解释说,与骨头和化石中存在的遗传物质不同,游离的DNA是不稳定的。如果把它放在实验室,那么一年后信息就会开始丢失。
DNA还可以以3D形式存储。全息摄影和赛道存储器也可以用于3D存储。但克苏里说,DNA的存储密度仍然高得多。
在《科学》周刊发表这篇论文后,克苏里说,阻碍DNA存储大规模应用的唯一因素就是成本。
虽然他自己不再研究DNA存储,但克苏里仍然对这项技术未来的发展十分乐观。克苏里说:“百万分之一听起来很艰巨,但在过去15年里,我们已经将成本降低为原来百万分之一。不仅仅是排序,合成成本也已经下降了很多。”(美国《大众科学》月刊网站)
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