《DNA存儲(chǔ)DNA存儲(chǔ)信息突破極限》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《DNA存儲(chǔ)DNA存儲(chǔ)信息突破極限（6頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、 DNA存儲(chǔ) DNA存儲(chǔ)信息突破極限 DNA 是個(gè)生物數(shù)據(jù)庫(kù)，存儲(chǔ)著我們體內(nèi)的海量基因代碼?？茖W(xué) 家發(fā)現(xiàn)，它的這種能力其實(shí)還可以用來(lái)存儲(chǔ)外部信息， 一克 DNA即能儲(chǔ)存上千億個(gè)千兆字節(jié)，相當(dāng)于 1000 億張 DVD光盤的內(nèi)容。 近日，哈佛大學(xué)維斯生物工程研究所的研究人員將一本大約有 5.34 萬(wàn)個(gè)單詞的書籍編碼到不到一沙克 ( 億萬(wàn)分之一克 ) 的 DNA（脫氧 核糖核酸）微芯片中，連同文字一起的還有 11 張圖片和一段 Java 程 序。這是迄今為止人類使用 DNA遺傳物質(zhì)儲(chǔ)存數(shù)據(jù)量最大的一次

2、實(shí)驗(yàn)， 被刊登在最新《科學(xué)》期刊上。團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人喬治丘齊 (George Church) 表示，“今后，拇指大小的設(shè)備或許就能存下整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)的信息。” DNA 存儲(chǔ)的“野心” “利用 DNA來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)并不是一個(gè)新的概念。事實(shí)上，自從生 物學(xué)確定了 DNA結(jié)構(gòu)，就有研究人員嘗試將其用于存儲(chǔ)和運(yùn)算”，北京華大基因研究中心醫(yī)學(xué)事業(yè)部主任甄二真告訴記者。 他介紹， DNA由 4 種堿基組成，分別為 A（腺嘌呤）、 C（胞嘧啶）、 G（鳥嘌呤）及 T （胸腺嘧啶），它們兩兩互補(bǔ)成對(duì)出現(xiàn)，

3、共同構(gòu)成了相互纏繞的雙鏈螺旋結(jié)構(gòu)。 DNA可以被視為四位運(yùn)算存儲(chǔ)方式，存儲(chǔ)量比二位運(yùn)算存儲(chǔ)大得多。 “目前通用的存儲(chǔ)模式都是二位運(yùn)算的。為了存儲(chǔ)更多數(shù)據(jù)， 早已有科學(xué)家嘗試過(guò)使用物理方法實(shí)現(xiàn)四位運(yùn)算。 但是技術(shù)上難以實(shí) 現(xiàn)，只能出現(xiàn) ‘有’、‘無(wú)’、‘中間’ 三種狀態(tài)，也就是三位運(yùn)算， 無(wú)法實(shí)際操作”，甄二真說(shuō)，與之相比， DNA是天然的四位運(yùn)算，有 四個(gè)不同狀態(tài)，與二位運(yùn)算相比存儲(chǔ)量大、運(yùn)算速度也快得多。 處于信息爆炸的時(shí)代，很多科學(xué)家嘗試以 DNA存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。比如今年初， __

4、 立清華大學(xué)和德國(guó)卡爾斯魯厄技術(shù)研究所以三文魚的 DNA 作為基礎(chǔ)，制造出單次寫入多次讀取的存儲(chǔ)器。不過(guò)，這個(gè) DNA存儲(chǔ)器的有效時(shí)長(zhǎng)只有 30 小時(shí)。 甄二真表示，這些 DNA無(wú)法長(zhǎng)期存儲(chǔ)數(shù)據(jù)是因?yàn)檠芯咳藛T使用的是活細(xì)胞的基因組，這些細(xì)胞不僅會(huì)死亡，而且還會(huì)分裂復(fù)制，對(duì)其中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)有致命性打擊。 合成 DNA：改變存儲(chǔ)模式 為了排除細(xì)胞會(huì)死亡、分裂、變異而使數(shù)據(jù)內(nèi)容發(fā)生改變的危 險(xiǎn)，丘奇率領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)避免使用活細(xì)胞， 而是采用人工合成的 DNA片段，并將片段用噴墨打印機(jī)嵌入到芯片上。

5、 這一次，丘奇選擇存儲(chǔ)在合成 DNA片段上的信息是他的著作 《再 生：合成生物學(xué)將如何改變未來(lái)的自然和自己》。首先，他把書中的 圖片、文字、程序轉(zhuǎn)化為 HTML格式的文件，再將其編譯為由 0 和 1 組成的電腦能夠讀懂的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。 隨后，這些二進(jìn)制數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)化為 四種堿基，即把 0 轉(zhuǎn)為 A 或 C，把 1 轉(zhuǎn)成 G或者 T，并將其建立在 DNA 雙鏈螺旋結(jié)構(gòu)上來(lái)。 至于讀取數(shù)據(jù)的過(guò)程其實(shí)就是測(cè)序，通過(guò) DNA測(cè)序儀將 DNA序列中的編碼按順序排列，還原為二進(jìn)制格式的數(shù)據(jù)，用電腦“讀”出來(lái)。

6、 盡管聽起來(lái)很復(fù)雜，甄二真表示其中重要一步就是將二進(jìn)制數(shù) 據(jù)轉(zhuǎn)化為 4 位運(yùn)算數(shù)據(jù)（ A、C、G、T），做成 DNA鏈結(jié)構(gòu)，這可以使 存儲(chǔ)量按級(jí)數(shù)增長(zhǎng)。 而以經(jīng)化學(xué)反應(yīng)得到的合成 DNA取代活細(xì)胞使得 這項(xiàng)研究成果更符合現(xiàn)實(shí)意義。 此前以細(xì)胞內(nèi) DNA來(lái)存儲(chǔ)信息一直無(wú) 法取得技術(shù)突破，只能在短期內(nèi)保證數(shù)據(jù)安全， 此次轉(zhuǎn)換思路是被《科 學(xué)》認(rèn)可的關(guān)鍵。 突破傳統(tǒng)存儲(chǔ)的極限 與目前流行的存儲(chǔ)方式相比， DNA存儲(chǔ)的最大優(yōu)勢(shì)就是單位存儲(chǔ)量大。北京郵電大學(xué)信息與通信工程

7、學(xué)院副教授陳光表示， 現(xiàn)在使 用的光介質(zhì)和磁介質(zhì)在存儲(chǔ)量上都幾乎達(dá)到了極限， 這就需要研究其他存儲(chǔ)方式，比如 DNA存儲(chǔ)這樣的生物介質(zhì)。 他告訴記者，磁介質(zhì)包括磁帶、磁盤、硬盤等。硬盤的存儲(chǔ)量 可達(dá)上百 G，但由于現(xiàn)在硬盤數(shù)據(jù)存儲(chǔ)密度提升的空間已經(jīng)有限，基 本不太可能出現(xiàn)單碟 1000G的硬盤，所以如果硬盤體積不變， 容量難 以實(shí)現(xiàn)大幅突破。而 CD、DVD等光介質(zhì)存儲(chǔ)對(duì)表面積的要求更大，磁 介質(zhì)可以分幾層存儲(chǔ)數(shù)據(jù)， 光介質(zhì)只能單層平鋪保存信息， 單位存儲(chǔ) 量更小。

8、 DNA 可以很好地解決這一存儲(chǔ)量的問(wèn)題。甄二真表示，這不僅 與四位運(yùn)算的特性有關(guān)， 也與 DNA特有的雙鏈螺旋結(jié)構(gòu)有關(guān)。 這一結(jié)構(gòu)可以把 DNA序列壓縮得足夠小， 整個(gè)立體空間都可以利用， 比磁介質(zhì)和光介質(zhì)的平面存儲(chǔ)更具優(yōu)勢(shì)。按照哈佛團(tuán)隊(duì)給出的數(shù)據(jù)， “一克DNA即能儲(chǔ)存上千億個(gè)千兆字節(jié)， 相當(dāng)于 1000億張 DVD光盤的內(nèi)容”。 此外，合成 DNA的穩(wěn)定性也很優(yōu)秀。陳光介紹，磁介質(zhì)是建立 在電磁的基礎(chǔ)上，工作環(huán)境受到限制，容易出現(xiàn)消磁等現(xiàn)象；而光介 質(zhì)受環(huán)境影響小一些，但耐久性不理想。與這兩者相比，合成 DNA不

9、 存在細(xì)胞死亡、變異等影響，在室溫下很穩(wěn)定，甚至可以存放數(shù)萬(wàn)年 而不變。 尚難大范圍應(yīng)用 對(duì)于 DNA存儲(chǔ)的前景，此項(xiàng)目另一位負(fù)責(zé)人瑟里拉姆庫(kù)蘇里 (Sriram Kosuri) 表示，隨著 DNA合成、測(cè)序價(jià)格的不斷下降，這或許將成為長(zhǎng)期存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的一種選擇。 而現(xiàn)階段，它距離商業(yè)化還很遠(yuǎn)。 甄二真表示，不僅是成本問(wèn)題， DNA存儲(chǔ)還存在控制難點(diǎn)。與 二進(jìn)制存儲(chǔ)相比較，磁介質(zhì) 0、1 之間的轉(zhuǎn)換只需加磁、消磁即可實(shí) 現(xiàn)，而光介質(zhì)可以通過(guò)刻錄機(jī)將數(shù)據(jù)以“平地”或“坑洼”的形式燒

10、 寫在光盤上，這些都比較容易實(shí)現(xiàn)。而將數(shù)據(jù)“寫”入 DNA則困難得 多，難以做到“即時(shí)寫”，因此目前只有數(shù)據(jù)歸檔等用途。 同樣的，合成 DNA相當(dāng)費(fèi)時(shí)。甄二真介紹，目前已經(jīng)有自動(dòng)合成儀可以將堿基連接起來(lái)，形成 DNA序列，但是一般只能連接 20 到 30 對(duì)堿基，再長(zhǎng)就難以實(shí)現(xiàn)了。此次哈佛團(tuán)隊(duì)采用的也是短 DNA序 列來(lái)編碼數(shù)據(jù)。 與寫入數(shù)據(jù)費(fèi)時(shí)費(fèi)力相比，利用測(cè)序儀來(lái)讀取 DNA存儲(chǔ)數(shù)據(jù)雖然速度也不快， 但是甄二真認(rèn)為， 未來(lái)測(cè)序速度大幅提高相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)，也就是 DNA存儲(chǔ)有可能做到“即時(shí)讀”。 在陳光看來(lái)，有些應(yīng)用對(duì)寫入數(shù)據(jù)的速度要求不高，只要讀取 速度可以接受就行了。此外，作為生物介質(zhì)之一， DNA存儲(chǔ)于人體更 具“親和力”，較易與人體蛋白融合。未來(lái)有一天也許可以嵌入人體 內(nèi)工作，這時(shí)只需存入特定數(shù)據(jù)就可以了， 存儲(chǔ)慢的問(wèn)題就很好解決 了。 內(nèi)容僅供參考