原创 DNA存储,拯救人类数据危机的良方?

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原创 DNA存储,拯救人类数据危机的良方?

2010年,美国合成生物学家克雷格•文特尔((Craig Venter)带领研究团队化学合成了整个支原体基因组DNA,取名为“辛西娅(Synthia)”,并以“自娱自乐”的方式将课题研究者的名字、研究所网址和爱尔兰诗人詹姆斯的诗句等信息编码进新合成的DNA中。

2011年,哈佛大学的合成生物学家乔治·丘奇(George Church)和加州大学的瑟里·库苏里(Sriram Kosuri)领导的团队以及约翰•霍普金斯大学的基因组专家高原(Yuan Gao)首次进行了概念证明性实验。团队使用短DNA片段编码了一本丘奇的659KB数据的书。

2013年,欧洲生物信息研究所(EBI)的尼克•高德曼(Nick Goldman)和他的研究团队也成功地将包括莎士比亚十四行诗和马丁•路德•金“我有一个梦想”的演讲片段、一篇沃森和克里克DNA双螺旋论文副本等5个文件编写进了DNA片段里当中。739KB数据成为当时最大的DNA存储文件。

2016年,微软和华盛顿大学又利用DNA存储技术完成了约200MB数据的存储,成为DNA信息存储技术的一个飞跃。

2017年7月,《自然》杂志发表了哈佛大学医学院的赛斯•希普曼(Seth Shipman)和乔治·丘奇合作的一项活体DNA存储的研究。他们把一部130年前的黑白电影《奔跑中的马》存在了大肠杆菌的DNA上。虽然大肠杆菌体内有一段“奇怪的DNA”,不仅能够正常生存,还可以正常遗传,每次繁衍都是一次数据复制。而且存储在基因组中的电影,在每一代大肠杆菌中也都完整无缺地保存下来了。

但因为细胞的复制、分裂以及死亡,会造成信息出错的风险,未来数据安全,大多数情况下存储信息的DNA都是以DNA干粉的形式存在,活体细胞存储的研究转向合成DNA存储。

同一年,哥伦比亚大学和纽约基因组中心在《科学》杂志发表了一项称为“DNA喷泉”算法高效的DNA存储策略。这项技术展示了最大化利用DNA的存储潜力,成功将海量信息压缩至DNA的四个碱基,即为每个DNA编码1.6比特(bits)的数据,比之前多存储了60%的信息,逼近理论极限(1.8比特)。该方法能够将215PB数据存储在一克DNA中,相当于2.2亿部电影。

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