数据存储的未来：DNA“磁带”

图片：JohnGoode/Flickr

哈佛大学研究人员最近宣布成功将一本书以二进制方式存储进DNA的基因片段，而且能够从DNA中读出这些文本数据。

这项突破性的研究成果已经发表在科学杂志上，该项目的资深研究员，哈佛大学分子基因学家George Church表示：

“这为我们展现了未来：用拇指大的设备存储整个互联网。”

关于DNA的超大存储密度，哈佛大学Wyss仿生学研究所资深科学家Sriram Kosuri则给出了惊人的数据：“整个世界的信息，即1.8ZB信息，可以被存储在约4克的DNA中。”

有趣的是，哈佛大学研究人员在DNA中“存储”的书正是Church的新作：《复活：合成生物学将如何彻底改造自然和我们》。

整个实验基于两套信息编码，一方面，他们将书转化成0、1数字编码。另一方面，是DNA记录基因指令的四个碱基对：腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）和胸腺嘧啶（T）。

华尔街日报这样报道：

接着，他们将“0”与DNA碱基对中的A或C对应，将“1”与G或T对应。然后，他们通过标准的实验室技术创建了碱基对与数字编码对应的DNA短链——共有5.5万个短链。每条短链都包含了一部分文本，以及该部分文本在书中的位置信息。

最终实验小组得到了一些粘性液体，其中储存了10亿份书籍文本拷贝，这些液体可以盛装在普通的试管中，与其他实验性存储介质不同的是，DNA存储无需特殊的低温或者能量就可以长期保存达一个世纪以上。

“你可以把这些存储信息的DNA液体滴到任何地方，无论在沙漠里或者后院里，它都能将信息保存40万年。”Church在一个新闻发布会上说道。

不过，研究小组特意避免了将存储信息的DNA放入活体细胞，Church表示：对于活体细胞来说，存储信息的DNA产生了“无用的空间”。他还补充道：”不过更重要的是，几乎在DNA进入细胞的同时，如果该DNA并不合适，或者不具备进化上的优势，细胞就会对其进行改变，最终这些存储信息的DNA会被细胞彻底消灭。”【编者点评：那些”植入”的想法可以打消了】

DNA存储试验的意义

此前其他一些研究者也曾在DNA中成功存储信息，例如有人在微组织的DNA中存储了“It’s a small world”这首歌。2010年第一个人工合成细胞的DNA中编入了发明者的名字和一段网址。

但是哈佛大学的实验规模要大得多，共存储了53426个单词，11个插图，甚至还包括一段javaScript程序，数据量差不多相当于一张3.5寸软盘（1.44M，如果你还记得的话）。

应用前景与挑战

虽然将整个互联网存在拇指大的设备中还只是一种假设，但是DNA存储确实为我们展示了未来存储技术的优点：稳定的介质而超长的保存周期。

但是有必要指出的是，DNA存储目前最大的问题是写入和读取的时间太长（速度太慢），哈佛大学的实验中，写入一本书用去了好几天时间，读取的时间则更长。

而且DNA存储有些类似磁带的线性存储，查询数据需要翻阅整个“磁带”。

最后也是最重要的，DNA存储目前还非常昂贵。不过Church表示这个成本已经并且会继续下降。根据华尔街日报的报道：“生产用于存储的，原始未装配的DNA序列数据的成本已经从2001年的1万美元/百万碱基对，降低到了2012年的10美分/百万碱基对。”