我科學家在DNA信息存儲領域獲突破
“1公斤DNA便可以裝下全世界數(shù)據(jù)?!比涨埃本┐髮W張成、錢瓏聯(lián)合研究團隊與合作者提出了一種全新的並行“印刷”DNA存儲策略,成功將信息打印在DNA分子之上,猶如在白紙上批量印刷信息。相比於目前基於序列合成的主流“逐字寫入”DNA存儲,該技術實現(xiàn)了快速、低成本的大規(guī)模分子數(shù)據(jù)存儲,為未來實用型DNA存儲發(fā)展提供了破局新路。相關成果23日深夜以《基於表觀分子比特打印的並行DNA分子數(shù)據(jù)存儲》為題發(fā)表於《自然》。
從甲骨到竹簡,從紙張到光盤,從閃存到雲(yún)存儲……時代向前發(fā)展,關於信息與數(shù)據(jù)的存儲方式也在發(fā)生著深刻變化。如今,全球每天都在產(chǎn)生海量數(shù)據(jù),但它們儲存在哪兒,始終是一個現(xiàn)實難題。經(jīng)過多年探索,科學家們發(fā)現(xiàn),DNA存儲技術或許是一個正確選項。
記者了解到,主流DNA存儲多以化學合成的方式逐個加入代表信息的鹼基,過程煩瑣耗時,在成本和速度上面臨巨大挑戰(zhàn)?!安煌秱鹘y(tǒng)技術路線,這項技術的核心突破在於,我們開發(fā)的‘表觀分子比特’DNA存儲技術,利用預制的DNA‘白紙’和‘活字塊’,通過DNA自組裝介導的分子信息‘排版’,再由酶催化‘轉印’,實現(xiàn)了分子級‘活字印刷’?!闭撐耐ㄓ嵶髡邚埑山榻B,與傳統(tǒng)DNA數(shù)據(jù)存儲方法相比,這種活字印刷並行寫入方式隻需通過排版有限的“活字塊”,就可以實現(xiàn)任意信息寫入,不僅避免了復雜煩瑣DNA序列編碼過程,而且大幅降低了分子信息寫入復雜度,能夠降低成本,提高操控靈活性。
張成告訴記者,由於首次引入並行的分子排版和轉印機制,團隊在實驗中成功將中國漢代虎紋瓦當和國寶大熊貓飛雲(yún)的高清圖片信息,通過“表觀分子比特”並行寫入DNA分子中,數(shù)據(jù)量超過27.5萬比特,存儲規(guī)模較以往同類工作提升超過300倍?!巴瑫r,信息讀取可使用便攜式納米孔測序儀,實現(xiàn)了對DNA模板上復雜修飾比特信息的高通量讀取,並通過並行解析無損還原了原始數(shù)據(jù)。實驗結果驗証了這項創(chuàng)新型分子存儲技術的可行性和準確性,還展示了‘表觀分子比特’DNA存儲的穩(wěn)定性?!?/p>
最值得關注的是,團隊還展示了這項技術的分布式存儲應用潛力。論文通訊作者錢瓏透露,在個人定制DNA存儲實驗中,團隊邀請了60名背景廣泛的青年志願者,由他們在日常環(huán)境下,將私人數(shù)據(jù)親手寫入DNA並由個人保存,相關數(shù)據(jù)直到他們想使用時才被讀取,可有效保障個人數(shù)據(jù)的隱私與安全?!翱梢哉f,這種便捷的分布式DNA存儲方式,不僅能極大降低DNA存儲的使用門檻,而且具有高隱私性,有望實現(xiàn)DNA存儲的個人應用?!?/p>
“在DNA這張白紙上批量打印信息,代表著DNA存儲技術的重要突破與革新,為大規(guī)模數(shù)據(jù)存儲提供了全新解決方案,有望突破DNA存儲的成本和速度壁壘,並為未來其他相關分子信息系統(tǒng)的技術研發(fā)奠定基礎?!卞X瓏表示,“可預見的是,在未來,無論身處何時何地,我們都將無須依賴大型實驗儀器,就能實現(xiàn)簡單、準確、高效的DNA數(shù)據(jù)存儲?!保ㄓ浾?晉浩天)
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