若將數(shù)據(jù)存到DNA，全世界的信息只有1公斤重

湯波

大數(shù)據(jù)時代，我們在網(wǎng)絡上每一個動作，都在產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)。它們?nèi)缫粭l條河流，匯聚成數(shù)據(jù)的汪洋大海。如此大量的信息怎樣存儲？珍貴的數(shù)字記憶要如何長久可靠地保存？科學家們想到了一種方法，將數(shù)據(jù)寫入活細菌的DNA中。

大數(shù)據(jù)時代，我們在網(wǎng)絡上每一個動作，都在產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)。它們?nèi)缫粭l條河流，匯聚成數(shù)據(jù)的汪洋大海。

如此大量的信息怎樣存儲？珍貴的數(shù)字記憶要如何長久可靠地保存？科學家們想到了一種方法，將數(shù)據(jù)寫入活細菌的DNA中！近日，美國哥倫比亞大學的研究人員運用“基因魔剪”技術（分子診斷工具）將數(shù)據(jù)翻譯成堿基語言，成功錄入到大腸桿菌的DNA之中。

數(shù)據(jù)時代，存儲的革新

在地球生命系統(tǒng)中，DNA可謂無處不在。自然界將生命的遺傳信息存儲在DNA中，人類也可以將數(shù)據(jù)信息存儲其中。我們可以把二進制數(shù)字語言轉(zhuǎn)換成四種堿基語言，將信息存儲到DNA中。讀取時只要反向進行DNA測序即可。

這主要基于以下兩點：首先，DNA的存儲密度非常大。全世界的數(shù)據(jù)信息都可以儲存在1公斤重、只占粉筆盒大小空間的一堆DNA中。

其次，一般物理存儲設備使用壽命往往不到10年，而DNA則可將遺傳信息完整保存100年以上。如果是在-18℃以下的低溫環(huán)境中，甚至可保存上萬年、數(shù)十萬年。

人工合成DNA數(shù)據(jù)存儲技術

DNA存儲技術的希望，也開啟了研發(fā)熱潮。之后，存儲數(shù)據(jù)的大小不斷突破上限。不過，人工合成DNA數(shù)據(jù)存儲技術要實現(xiàn)商業(yè)化應用，還有一些重大問題要解決。

一是成本過高，目前人工合成存儲1兆字節(jié)數(shù)據(jù)的DNA，需要3500美元，解碼過程還需要額外的1000美元。二是無論存儲還是讀取過程都需要專業(yè)設備，個人使用極不方便。三是DNA保存需要低溫環(huán)境，否則長時間容易發(fā)生DNA降解，導致數(shù)據(jù)失真或丟失。

既然人工合成DNA有缺陷，那能不能借用活細菌的DNA呢？早在2017年，丘奇團隊就開創(chuàng)性地利用“基因魔剪”技術，將編碼信息的DNA片段送入細菌體內(nèi)。該系統(tǒng)可以對任何DNA序列進行精準修改。

這一次，哥倫比亞大學的研究人員則進一步發(fā)展了該方法。需要存儲的二進制信息先被轉(zhuǎn)換為DNA序列，并插入環(huán)狀質(zhì)粒（一種穩(wěn)定的DNA環(huán)），然后隨質(zhì)粒轉(zhuǎn)入大腸桿菌體內(nèi)。通過改變化學試劑的濃度，改變了細菌周圍的電壓，這時一些特定的環(huán)狀質(zhì)?？截悢?shù)會顯著增加。“基因魔剪”系統(tǒng)感知到這種變化，并將質(zhì)粒中的插入片段（目標DNA序列）寫入細菌基因組，在生物體內(nèi)實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的自動存儲——這就像為存儲動作設置了一個開關。經(jīng)過測試，研究人員發(fā)現(xiàn)，錄入大腸桿菌DNA中的信息在它們繁衍80代后，正確率達90%以上。

相信在不遠的將來，DNA數(shù)據(jù)存儲設備將隨處可見。那時，我們或許可以通過解碼一段DNA，來閱讀一本科幻小說，聽一段搖滾樂，觀看一部電影。