將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)在DNA中的想法看起來像科幻小說。乍一看，分子可以存儲(chǔ)數(shù)據(jù)似乎并不明顯。術(shù)語“數(shù)據(jù)存儲(chǔ)”讓人聯(lián)想到像CD和數(shù)據(jù)中心這樣的物理偽像，而不是像DNA這樣的微觀分子。但是有很多原因可以解釋為什么DNA是一種令人興奮的信息存儲(chǔ)選擇。

現(xiàn)狀

我們正處于數(shù)據(jù)爆炸之中。我們通過估計(jì)的170億互聯(lián)網(wǎng)連接設(shè)備創(chuàng)建了大量信息：智能手機(jī)，汽車，健康追蹤器和所有其他設(shè)備。隨著我們繼續(xù)向物理設(shè)備添加傳感器和網(wǎng)絡(luò)連接，我們將生成越來越多的數(shù)據(jù)。同樣，當(dāng)我們將目前處于離線狀態(tài)的42億人帶到網(wǎng)上時(shí)，我們將生成越來越多的數(shù)據(jù)。

我們通常也希望存儲(chǔ)數(shù)據(jù)以用于長期目的。這些時(shí)間范圍可能超出當(dāng)前存儲(chǔ)技術(shù)的能力。例如，我們可能希望存儲(chǔ)家庭照片和視頻，以便100年后我們的后代可以查看和與之交互。我們可能希望將文物，家庭食譜或技術(shù)訣竅傳遞給后代。

我們當(dāng)前的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方法正在努力跟上我們對(duì)存儲(chǔ)功能的需求。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)危機(jī)將令人難以置信地扼殺人類發(fā)展。因此，我們需要針對(duì)短期和長期數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的新的強(qiáng)大且可持續(xù)的解決方案。

在面板SynBioBeta SF 2016使用Intel，Gen9和半導(dǎo)體研究公司代表討論的DNA數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的當(dāng)前狀態(tài)。討論的一個(gè)主要內(nèi)容是長期數(shù)據(jù)存儲(chǔ)市場(chǎng)是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)市場(chǎng)中增長最快的部分。此外，所有專家小組成員似乎都認(rèn)為，對(duì)DNA數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的需求將主要受到對(duì)超越硅基存儲(chǔ)系統(tǒng)極限的更好解決方案的需求的驅(qū)動(dòng)。

為什么我們要將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)在DNA中？

DNA是大自然的信息媒介。事實(shí)上，我們稱DNA為“生命藍(lán)圖”，因?yàn)樗兄笇?dǎo)細(xì)胞制造蛋白質(zhì)的配方。這些蛋白質(zhì)可以實(shí)現(xiàn)生命的各個(gè)方面，從消化到運(yùn)動(dòng)，從生長到對(duì)抗疾病。

因此，DNA已編碼信息 - “生物食譜”，如果你愿意的話。因此，DNA數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的想法是重新利用信息存儲(chǔ)容量，以便我們可以將我們的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù) - 我們的自拍，電影和文檔 - 存儲(chǔ)在DNA中。要做到這一點(diǎn)，首先必須將數(shù)字信息轉(zhuǎn)換為生物信息。

使用DNA的主要原因是：

1.永恒的相關(guān)性

：只要地球上有基于DNA的生命，DNA就是相關(guān)的。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方法將始終被新技術(shù)所取代，因此如果我們使用傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，我們將始終需要將數(shù)據(jù)傳輸?shù)叫碌母玫南到y(tǒng)。

2.穩(wěn)定性

：DNA似乎能夠承受一定程度的環(huán)境壓力。2013年，科學(xué)家們閱讀了來自一個(gè)有70年歷史的馬化石的DNA。這表明基于DNA的存儲(chǔ)系統(tǒng)將比硬盤和磁帶持續(xù)更長時(shí)間。

3.高存儲(chǔ)容量

：DNA的存儲(chǔ)潛力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過所有其他媒體。一些專家估計(jì)，世界上所有的數(shù)據(jù)都可以存儲(chǔ)在一公斤的DNA中- 這是一個(gè)令人難以置信的命題。

我們今天在哪兒？

今年早些時(shí)候，微軟和華盛頓大學(xué)的研究人員打破了將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)在DNA中的記錄。他們使用Twist Bioscience提供的DNA設(shè)法存儲(chǔ)和檢索200兆字節(jié)的信息(包括高清視頻，多本書籍和文章以及數(shù)據(jù)庫)。

存儲(chǔ)200 MB代表了2013年創(chuàng)造的0.74 MB的先前記錄的巨大飛躍。這是一個(gè)巨大的進(jìn)步，它突出了更多的興趣投入到這一努力的事實(shí)。然而，目前DNA數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的成本并不具吸引力。

在DNA中存儲(chǔ)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)涉及讀取和寫入DNA。雖然讀取DNA(DNA測(cè)序)的價(jià)格急劇下降，但編寫DNA(DNA合成)的價(jià)格目前仍然高得驚人。像Gen 9和Twist Bioscience這樣的新公司已經(jīng)出現(xiàn)了新方法，可以實(shí)現(xiàn)更便宜，更快速的DNA合成。

然而，在這方面需要更大的成本降低以加速DNA數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

需要做什么？

為了使DNA數(shù)據(jù)存儲(chǔ)成為商業(yè)現(xiàn)實(shí)，我們需要：

開發(fā)將數(shù)字信息轉(zhuǎn)化為生物信息的新的更好的方法;實(shí)現(xiàn)快速，準(zhǔn)確和經(jīng)濟(jì)高效的信息檢索的方法。

發(fā)明并推進(jìn)新化學(xué)，以實(shí)現(xiàn)廉價(jià)的DNA合成。

在生產(chǎn)工作流程中加入更多自動(dòng)化，以降低成本。

打開問題

由于這個(gè)領(lǐng)域非常年輕，因此有幾個(gè)懸而未決的問題尚未得到解答：

1.我們?nèi)绾卧O(shè)計(jì)安全性？

如今，很少會(huì)阻止熟練，專注且耐心的黑客訪問和竊取機(jī)密信息。如果我們要設(shè)計(jì)一個(gè)新的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)，它應(yīng)該比當(dāng)前的范例更安全。我們需要從一開始就認(rèn)真考慮安全設(shè)計(jì)。

2.用戶界面的外觀如何？

新技術(shù)的用戶界面通常會(huì)影響該技術(shù)是否會(huì)被大量采用。我們?nèi)绾闻cDNA數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)進(jìn)行交互仍然沒有答案。將來，我們是否都擁有DNA測(cè)序儀，DNA合成儀和算法，可將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為我們的手機(jī)，家庭或當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)生物黑客空間中的生物數(shù)據(jù)?或者這些能力是否僅限于公司?在任何一種情況下，我們與DNA數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)交互的容易程度可能會(huì)影響我們采用這種技術(shù)的速度。

3.世界將如何收到這個(gè)？

今天，關(guān)于消費(fèi)者隱私和生物技術(shù)的爭論很緊迫。在斯諾登揭露之后，許多人都是偏執(zhí)狂，我們的數(shù)據(jù)可以在未經(jīng)我們?cè)S可的情況下訪問。此外，許多人普遍對(duì)生物技術(shù)漠不關(guān)心。也許有機(jī)會(huì)創(chuàng)造一個(gè)消費(fèi)者可以通過DNA存儲(chǔ)他們自己的數(shù)據(jù)而不是使用集中數(shù)據(jù)中心的世界。

雖然有些人會(huì)歡迎從磁存儲(chǔ)過渡到DNA數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，但其他人可能會(huì)對(duì)此感到不安，理由是他們對(duì)生物技術(shù)不信任。考慮到許多人不知道目前存儲(chǔ)他們信息的過程，未來的消費(fèi)者是否應(yīng)該被告知他們的信息存儲(chǔ)在合成DNA中?或者消費(fèi)者對(duì)存儲(chǔ)介質(zhì)漠不關(guān)心?

人們對(duì)這些問題的回答可能會(huì)隨著他們?cè)谑澜缟系奈恢枚兓?/p>

4.我們想用DNA存儲(chǔ)什么樣的信息？

我們希望不那么頻繁訪問的檔案數(shù)據(jù)，例如我們可能希望傳遞給未來幾代人的消息，或者更頻繁訪問的數(shù)據(jù)，例如我們的自拍和Netflix電影?

DNA-for-data-storage場(chǎng)景非常新穎。今年早些時(shí)候，Helixworks宣布推出可以在亞馬遜上購買的DNA數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)。他們的系統(tǒng)最多可以存儲(chǔ)512 kB，根據(jù)Helixworks的說法，它足以“存儲(chǔ)一張小照片，一首詩，一封情書，一封悼詞或一個(gè)比特幣錢包。”最近有許多團(tuán)體試圖嘗試新的解決方案：愛丁堡2016年本科iGEM團(tuán)隊(duì)以及目錄，是IndieBio在舊金山的第四批生物技術(shù)創(chuàng)業(yè)公司的新成員。

隨著這些團(tuán)隊(duì)繼續(xù)開發(fā)他們的技術(shù)，我們將開始更清楚地了解他們的實(shí)施策略。在此之前，確定預(yù)測(cè)還為時(shí)過早。