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據。”日前，北京大學張成、錢瓏聯合研究團隊與合作者提出了一種全新的并行“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。相比于目前基于序列合成的主流“逐字寫入”DNA存儲，該技術實現了快速、低成本的大規(guī)模分子數據存儲，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《基于表觀分子比特打印的并行DNA分子數據存儲》為題發(fā)表于《自然》。
從甲骨到竹簡，從紙張到光盤，從閃存到云存儲……時代向前發(fā)展，關于信息與數據的存儲方式也在發(fā)生著深刻變化。如今，全球每天都在產生海量數據，但它們儲存在哪兒，始終是一個現實難題。經過多年探索，科學家們發(fā)現，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堿基，過程煩瑣耗時，在成本和速度上面臨巨大挑戰(zhàn)。“不同于傳統技術路線，這項技術的核心突破在于，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’，實現了分子級‘活字印刷’。”論文通訊作者張成介紹，與傳統DNA數據存儲方法相比，這種活字印刷并行寫入方式只需通過排版有限的“活字塊”，就可以實現任意信息寫入，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，由于首次引入并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云的高清圖片信息，通過“表觀分子比特”并行寫入DNA分子中，數據量超過27.5萬比特，存儲規(guī)模較以往同類工作提升超過300倍。“同時，信息讀取可使用便攜式納米孔測序儀，實現了對DNA模板上復雜修飾比特信息的高通量讀取，并通過并行解析無損還原了原始數據。實驗結果驗證了這項創(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。”
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愿者，由他們在日常環(huán)境下，將私人數據親手寫入DNA并由個人保存，相關數據直到他們想使用時才被讀取，可有效保障個人數據的隱私與安全。“可以說，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DNA存儲的個人應用。”
“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)模數據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，并為未來其他相關分子信息系統的技術研發(fā)奠定基礎。”錢瓏表示，“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，就能實現簡單、準確、高效的DNA數據存儲。”
《光明日報》(2024年10月25日08版)
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