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        最大容量的估計預測一克單鏈DNA可以存儲多達一個exabyte的數據
        
			
        
				2019-07-08 08:40:19
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        在20世紀80年代首次證明了將信息編碼到DNA中，但當時的技術只允許編碼一個圖形符號。雖然這個容量在過去的30年中有所增長，但是迄今為止最大的項目，在2010年完成，僅管理了7,920位數據，相當于大約半頁的打印文本。哈佛大學和約翰霍普金斯大學的研究人員今天在“ 科學”雜志上使用了一種新技術，現已將一本53,000字的書編成DNA，包括11個JPG圖像和一個JavaScript程序。
        

        最大容量的估計預測一克單鏈DNA可以存儲多達一個exabyte的數據
        

        “其他人指出，DNA具有一定的優(yōu)勢，”研究報告的共同作者Sriram Kosuri說。“但是沒有人真正把它帶到我們能夠編寫真正有用的信息量的水平。”
        

        這些優(yōu)點包括可以存儲的信息密度：最大容量的估計預測一克單鏈DNA可以存儲多達一個exabyte(10 18字節(jié))的數據。然而，合成和測序DNA帶來許多固有的錯誤。合成DNA通常在每70個中具有一個不正確的核苷酸，并且下一代測序技術在解釋存儲的數據時會犯許多錯誤。
        

        為了克服這些錯誤，團隊將基數A和C分配為0，將G和T分配為1，從而創(chuàng)建數字數據流。手稿及其伴奏 - 由該研究的一位作者喬治·丘奇共同撰寫的一本書的草稿，稱為“ 再生：合成生物學將如何重塑自然和我們自己” - 在被翻譯成0流和之前被轉換為HTML。 1s可以寫入DNA序列。得到的流長5.27兆比特，或527百萬0和1秒。
        

        以前的方法在嘗試在一個長DNA序列中創(chuàng)建整個流時遇到了問題，這是一個棘手且昂貴的過程。該團隊的解決方案是將流分成更小的部分。他們編碼每個短核苷酸部分96位，稱為寡核苷酸，每個核苷酸包含一個19位“地址”，以便對整個序列中的信息進行排序。每種寡核苷酸合成多次，因此在讀取時，可以在每個拷貝中比較錯誤并且可以達到共識讀數。
        

        “這與你對人類基因組進行測序的方式類似，你不會對它進行一次排序，你可以按30或50倍的順序進行排序，你只需在每個位置做出共識，”Kosuri說。
        

        合成序列并將DNA滴連接到微陣列芯片后，將數據在4攝氏度下儲存3個月，然后溶解在水中，通過PCR擴增，并測序。通過存儲多個副本，并對每個副本進行多次排序以達成共識，該團隊設法解碼了整個527萬位序列，只有10位錯誤。
        

        “他們提出了一種非常聰明的方法來管理信息創(chuàng)建中的錯誤，”應用分子進化基金會的合成生物學家Steven Benner說，他沒有參與這項研究。“[作者]提供了一些巧妙的方法來解決這些問題，允許在大量分子中讀取含有所需信息的少數分子。”
        

        雖然DNA存儲不可重寫，并且不打算替換您的硬盤，但是在非常小的空間內長期存儲大量數據的想法對于存檔記錄和數據具有優(yōu)勢。與像CD一樣的平盤相比，只有表面上刻有數據，一張DNA在整個厚度上都有數據存儲。然而，仍然存在的主要挑戰(zhàn)是當今合成和測序技術的成本和效率，這些技術目前使該系統(tǒng)不適合常規(guī)使用。然而，隨著測序成本的持續(xù)下降和技術的不斷發(fā)展，這種DNA存儲策略可能很快變得更加實用。
        

        必須克服的另一個挑戰(zhàn)是保護。DNA仍然可以從數千年前干燥的木乃伊中測序，但這種序列很少完成。
        

        “DNA的化學反應不容易發(fā)展到世紀級的被動，無包裝的檔案，”本納說。“然而，鑒于其存在極高密度存儲的潛力，本文應該鼓勵人們應對基于分子的信息存儲的挑戰(zhàn)。”
        
			

			
          
        
			
        
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