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DNA存储有望付诸实用

2018-11-05 22:11:43

DNA存储有望付诸实用

□胡德良

欧洲生物信息研究所(EMBL)的研究人员开创了一个新途径,可以将数据资料存储在DNA里,而DNA是一种可以存放数万年的材料。利用该存储法,有可能将至少1亿小时的高清录像存储在大约一茶杯的DNA中。

全世界拥有巨量的数字信息,而且新的数字内容仍不断地大量涌入,这给数据存储工作带来了真正的挑战。硬盘不但昂贵,而且需要不断地供电;甚至质量的“非耗电”归档材料(如磁带),在10年之内质量就会有所下降。这在生命科学领域是一个越来越突出的问题,该领域有大量包括DNA测序在内的数据资料,构成了科学记录的基础。

“我们已经了解到,DNA是存储信息的可靠途径,因为我们可以从猛犸象的骨头里提取DNA,而猛犸象可以追溯到几万年之前,因此我们了解到这是个存储的好方法。”欧洲分子生物学实验室生物信息研究所的尼克·高曼解释说,“DNA分子极小,但密度大,储存时不需要电力,因而运输、保存都很容易。”

读取DNA相当简单,但是到目前为止,编写DNA一直是把DNA存储变为现实的主要障碍。主要存在两种挑战:首先,利用目前的方法只能制造出短链DNA;其次,不管是编写DNA还是读取DNA都很容易出错,特别是当同一个DNA字符出现重复时,尤其容易出错。研究人员正着手创建一种可以解决上述两个问题的编码。

“我们知道,我们需要单独地利用短链DNA来进行编码,而且需要采取一种方法,使我们在编码时不可能出现一连串的同一字符。因此我们估计,把编码拆分为许多前后互相搭接的片段,利用索引信息来显示每个片段在全部编码中所属的位置,制定一个不允许重复的编码方案。这样,只有在四个不同的片段中犯同样错误时,编码才会失败——这样的情况极为罕见。”尤恩·伯尼说道。

这个新方法需要通过编码信息来合成DNA。安捷伦科技公司(Agilent Technologies, Inc)是位于加州的一家公司,自愿为此项研究提供服务。登录到安捷伦科技公司的站,尤恩·伯尼和尼克·高曼给该公司发送了以下资料的编码版本:一个mp3格式的马丁·路德·金的演讲《我有一个梦想》;一张jpg格式的EMBL照片;一篇pdf格式的沃森和克里克合作的重要论文《核酸的分子结构》;一份包括所有莎士比亚十四行诗的txt格式文件;还有一份叙述本研究中编码情况的文件。

“我们从互联上下载了这些文件,并利用这些文件来合成了数十万段DNA,合成的结果看起来就像一小块泥土。”安捷伦科技公司的埃米莉·勒普劳斯特说。安捷伦科技公司将这个合成样本邮寄给EMBL,EMBL的研究人员能够不出差错地为合成DNA测序,为文件解码。

“我们利用DNA分子创造了一种容错编码,据我们所知,这种分子形式将会在1万年甚至更长的时间里保持良好的状态。”尼克·高曼说,“只要有人知道这种编码是什么,利用一台可以读取DNA的机器就能够获取编码所存储的文件。”

尽管还有许多实际的问题需要解决,但是DNA固有的高密度性和耐久性使之成为引人瞩目的存储媒介。研究人员下一步将要完善这种编码方案,使DNA存储早日付诸实用。

原标题: DNA存储有望付诸实用

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稿源:中国青年

作者:高胜寒

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