DNA有望成為終極存儲(chǔ)技術(shù)的終極

日前，哥倫比亞大學(xué)副教授亞尼弗·埃利奇（Yaniv Erlich）聯(lián)合蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院專(zhuān)家等在《自然—生物技術(shù)》上發(fā)表了一項(xiàng)最新成果。其研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)3D打印制作了一只兔子，并且將這只兔子的三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)以雙鏈DNA結(jié)構(gòu)形式內(nèi)置在打印材料中。通過(guò)編碼和解碼，這只3D打印的兔子模型實(shí)現(xiàn)了其自身數(shù)據(jù)的DNA存儲(chǔ)和傳遞。亞尼弗·埃利奇表示，這項(xiàng)研究最大的突破在于證實(shí)了萬(wàn)物皆可實(shí)現(xiàn)DNA存儲(chǔ)的理論，且不受任何形狀限制，從存儲(chǔ)密度來(lái)看，10噸DNA即可存儲(chǔ)人類(lèi)已經(jīng)創(chuàng)造出的所有信息。

我們到底可以通過(guò)基因數(shù)據(jù)了解到哪些信息？我們還可以拿這些信息做些什么？基因還有哪些潛在的應(yīng)用？

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)面臨挑戰(zhàn)

在過(guò)去的70年中，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)在快速發(fā)展中也面臨挑戰(zhàn)?，F(xiàn)在有很多創(chuàng)新性技術(shù)可使每年的存儲(chǔ)成本降低30%，但隨著2010年創(chuàng)新的速度變緩，人們?nèi)院茈y把這些設(shè)備的成本降得更低。

20世紀(jì)70年代的影片可存在一張光碟上，但現(xiàn)在存在光盤(pán)中的信息很難被讀取了。那么， 是否DNA才是真正的存儲(chǔ)技術(shù)？在過(guò)去35億年中DNA都是存在的，而且未來(lái)也會(huì)繼續(xù)存在。相信未來(lái)我們依然需要借助DNA的力量。

理論上，DNA存儲(chǔ)相對(duì)傳統(tǒng)存儲(chǔ)方式優(yōu)勢(shì)明顯。一張光盤(pán)一旦出現(xiàn)刮痕就很難提取里面存儲(chǔ)的信息，其實(shí)，任何數(shù)字技術(shù)都存在這樣的問(wèn)題。但是，DNA就靠譜得多，哪怕幾千年前的殘骸，今天都可以通過(guò)DNA來(lái)了解當(dāng)時(shí)的情況。

信息可以存儲(chǔ)于一個(gè)DNA

實(shí)際應(yīng)用中，DNA是不是可以存儲(chǔ)信息呢？如何打造基于DNA的文件？

DNA是一個(gè)序列，它是幾種不同堿基的組合，這與計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)理念不謀而合。計(jì)算機(jī)世界里，不管是文本還是歌曲，每個(gè)文件都可以轉(zhuǎn)換成一個(gè)二進(jìn)制的序列，由0和1組成，并可以這種形式存儲(chǔ)。

如果你想讀取DNA信息的話，可以將其放到序列儀上，通過(guò)測(cè)序儀來(lái)讀取存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。

現(xiàn)在我的團(tuán)隊(duì)希望能夠?qū)⑦@一理念化為現(xiàn)實(shí)。此前，我們將一部電影放到DNA中，用計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)成功讀取出來(lái)，并且沒(méi)有任何數(shù)據(jù)缺失。

但是，這項(xiàng)技術(shù)也存在缺點(diǎn)。讀取文件時(shí)，需要提取的DNA是在液體中的一部分，如果接連不斷地測(cè)序的話，可能最終樣本量會(huì)越來(lái)越少。

怎么辦？我們希望借助細(xì)胞增殖解決這一問(wèn)題。細(xì)胞在增殖過(guò)程中不斷地進(jìn)行DNA的復(fù)制，我們可以通過(guò)聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)技術(shù)（PCR）做一個(gè)類(lèi)似的擴(kuò)增，這一工作可以在實(shí)驗(yàn)室完成。

如何避免DNA復(fù)制的錯(cuò)誤？研究人員開(kāi)發(fā)出一套糾錯(cuò)代碼，即使復(fù)制過(guò)程中出現(xiàn)錯(cuò)誤，也可以及時(shí)糾正過(guò)來(lái)。

另外，我們做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，希望了解一個(gè)DNA最多可以?xún)?chǔ)存多少信息。研究發(fā)現(xiàn)，每一個(gè)DNA上可以有125艾字節(jié)（EB）的信息。這是多少呢？如果一個(gè)房間里全都是筆記本電腦的話，它們所存儲(chǔ)的所有信息都可以集中到一個(gè)DNA上。

“兔子”實(shí)證DNA存儲(chǔ)可行

人類(lèi)所創(chuàng)造的數(shù)據(jù)總量大約是10的24次方，我們只需要10噸的DNA就可以?xún)?chǔ)存所有的數(shù)字信息。這10噸的DNA可以裝到一個(gè)大卡車(chē)上。

那為什么不能讓這項(xiàng)技術(shù)為更多人所用呢？把小小的DNA做成一般物品，以?xún)?chǔ)存信息。

我們希望解放試管中的DNA，把它放到很小的硅珠當(dāng)中，然后用膠囊把硅珠封住，再把這些小珠放到聚合物里面，比如說(shuō)塑料，最后把塑料做成我們想要的一些東西或者是形狀。

這只3D打印的小兔子不一般，因?yàn)檫@只兔子的DNA里寫(xiě)了如何打印這只兔子的指令。也就是說(shuō)，兔子里有生產(chǎn)它的具體指令，保存于硅珠中，硅珠里有DNA，這個(gè)DNA就是如何制造這只小兔子的生產(chǎn)信息。日常使用中，我們只需要把這只小兔子的耳朵折下一點(diǎn)，讀取DNA信息，進(jìn)行復(fù)制，就可以生產(chǎn)新的小兔子。 就像兔子繁殖一樣，我們可以不斷地復(fù)制、不斷地迭代。

測(cè)試發(fā)現(xiàn)，生產(chǎn)了6代這樣的兔子，我們還是能從最后一代兔子里提取到最原始的信息，沒(méi)有任何的錯(cuò)誤。

這項(xiàng)技術(shù)有何實(shí)際應(yīng)用？首先，我們可以把各種材料的生產(chǎn)方式放到材料里面，比如可以在植入物中放入病人的診療信息。若干年后，可能患者的病歷已經(jīng)難以找到，但只需從這名患者體內(nèi)拿出這個(gè)植入物就可以了解其過(guò)去的健康情況。我們也可以用同樣的方式來(lái)生產(chǎn)汽車(chē)部件。

其次，可應(yīng)用于隱藏信息。我們可以把一些常見(jiàn)的東西或物件當(dāng)作隱藏信息的載體，比如鞋帶、鏡片、襯衣、扣子等，所有這些物件都可以幫助我們儲(chǔ)存和隱藏信息。甚至我們可以像喝飲料一樣，把硅珠喝到肚子里，需要的時(shí)候再把它排泄出來(lái)。

再次，可應(yīng)用于自我復(fù)制的機(jī)器人。通常機(jī)器人是無(wú)法自我復(fù)制的，但是自我復(fù)制機(jī)器人有能力把自己的生產(chǎn)方式傳遞給下一代機(jī)器人。

DNA有可能是我們終極的存儲(chǔ)設(shè)備。它的存儲(chǔ)密度要比其他存儲(chǔ)技術(shù)高，存儲(chǔ)時(shí)間也更久，而且提取簡(jiǎn)單。人類(lèi)只要使用一臺(tái)普通的DNA測(cè)序儀，就可以把信息解析出來(lái)。同時(shí)，由于沒(méi)有材料或形狀的限制，我們可以把DNA注入日常物件中，使存儲(chǔ)信息成為我們生活的一部分。（來(lái)源：中國(guó)科學(xué)報(bào) 沈春蕾）