有了DNA存儲技術，我們人體就是「雲硬碟」

我們人體的所有信息都由DNA編碼組成。你可曾想過，DNA能夠像U盤一樣存儲信息？美國《科學》雜誌近日發布的一項研究顯示，一克DNA的儲存容量相當於約20萬台電腦！具體容量約為200 PB（20萬兆）。這是因為DNA具有密度大、穩固耐用的特點。專家指出，當今時代信息爆炸，只要解決了成本問題，那麼DNA儲存技術的市場空間將無可限量。

DNA存儲技術：並非首創

其實DNA儲存技術早已有人在做了。2012年，哈佛大學研究人員用DNA儲存了一本五萬字的圖書。歐洲生物信息研究所（European Bioinformatics Institute ）也在DNA儲存了莎士比亞的十四行詩以及馬丁·路德·金的演講《我有一個夢想》的錄音帶。

突破性進展：存儲效率大幅提升

儘管不是首創，但是，這項DNA存儲技術目前迎來了重大突破。研究員Erlich是該研究報告的作者之一，他表示：這是因為運用了一種編碼技術，能讓DNA存儲效率提升60%，還能有效減小DNA存儲過程中的出錯率。他在美國哥倫比亞大學擔任計算機科學系教授，同時也是紐約基因組中心（New York Genome Center）的核心成員。

把數據輸入DNA只需要不到一秒鐘。DNA說白了只不過是四種核苷酸（nucleotides）排列組合的結果。我們只需要把這些核苷酸和數據一一對應。

研究員Erlich說，一旦掌握了編碼方法，或者找到了符合編排或數據輸入要求的DNA，那接下來的工作就很輕鬆了。這是因為，可以由企業來負責DNA的實際製造過程。

獨特魅力

這麼做，是為了激發人們的想像力嗎？沒錯！就是想讓人們感受到科學有趣的一面！

DNA具有密度大、穩定性高的優勢，因此DNA儲存技術仍然比新興的同類技術更讓科學家著迷。研究員Kosuri說：「DNA儲存技術所涉及的難度，相當於把單個原子放在一個物體表面。」他指的是IBM公司，該公司曾在1989成功用35個氙原子拼出了「IBM」的字樣。

他說：「排列原子也不是不可能的事，但必須要運用極高的成像技術，在接近於絕對零度的真空狀態下才能完成。這就涉及到核心技術了。相比之下，我們的DNA技術要比它更實用，雖然在存儲方面肯定沒有軟盤或U盤那麼實用。」

DNA還可以儲存3D影像。雖然全息存儲（holography memory）和賽道儲存（racetrack memory）技術也可以做到，但是研究員Kosuri說，DNA技術能儲存的密度比它們要高得多。

克服技術難點

但是，DNA的合成過程是非常艱辛的。研究員Kosuri表示：「難就難在，DNA合成過程中，約有5%的時間，會損失掉隨機合成的一個DNA。而且，不僅合成困難，就連讀取DNA也是一個問題。如果有一種編碼技術能夠避免這種損失，那麼DNA存儲技術就會變得簡單得多，也利索得多。」

美國《科學》雜誌發布的這項研究，的確實現了這種編碼技術。研究員Kosuri表示，這項技術可以讓DNA合成過程中出現的失誤容易讓人接受。這要歸功於一種特殊的編碼技術，而用這項技術傳送數字信息，通常能夠適應連接中斷的情況發生，比如在智能手機上播放Youtube視頻。Erlich表示，這就意味著，這種編碼技術能夠處理那些比研究中使用的DNA質量低得多的DNA。

研究員Kosuri沒有參與該項研究，但他是上述2012年哈佛大學研究報告的第一作者，如今是加利福尼亞大學洛杉磯分校（UCLA）的一名生物化學教授。

蘇黎世聯邦理工學院化學工程師Grass也參與了這項研究，他表示，研究團隊成功地在DNA中存儲並且恢復了一個操作系統，是個「優雅的成就」。他還說：「我每天都在『使用』DNA，所以我明白這項工程必須要萬無一失。」Erlich表示，他們是故意把那個操作系統放進DNA的。」如果不把文件完美地恢復，那麼就可能會損毀某些內容。但我們就是要證明我們不怕把這種可能會損毀的內容放進DNA。」

Kosuri也同意這種方法十分高效：「我認為他們採用了正確的實驗測試演算法。他們選對了演算法，而且看起來很奏效。」

成本巨大

在化學工程師Grass看來，合成DNA的成本比編排DNA的成本還要大。他說：「雖然編排DNA的成本太高，無法實際應用，不過現在有了納米微孔(nanopore)插入計算機進行DNA編排的技術，所以它的成本越來越小了。但是，合成DNA的成本仍然十分之高。」

研究員Kosuri也表示：「DNA儲存技術規模化應用的唯一阻礙就是，它的成本實在是太高了。關於編碼、編碼的工作方式以及這種編碼是否可靠等種種問題，我們的研究報告都一一解答了。但是，唯獨成本問題，是我們目前解決不了的。」

Grass認為，要想讓DNA能夠儲存信息長達數百年之久，就必須要採用另外一些手段把DNA固定住。他解釋道，基因物質可以在動物骨頭和動植物化石中固定保存，但是自由DNA卻不一樣，具有不穩定性。如果把它放在實驗室，一年以后里面的信息就會開始損毀了。

前景：依然明朗

研究員Kosuri已經不再從事DNA儲存技術研究，但是他本人對這項技術的發展還是持樂觀態度。他說：「上百萬倍的成本聽起來很嚇人，但是在過去的15年，我們已經把成本縮小為原來的上百萬分之一了。現在，不僅僅是編排DNA，就連合成DNA的成本也已經有所下降。」

研究員Erlich憧憬在未來，有人可以發明一種「專門用於DNA存儲的工序，方便我們快速合成劣質DNA」，從而減少成本。他說：「我們可以質量參差不齊的DNA先提取出來，然後再根據編碼方式來逐步對其進行糾正。這是我們未來的研究方向」

目前的研究是一個良好的開端。研究員已經在DNA存儲了許多內容，它們能靈敏地減少存儲錯誤，其中包括：一個操作系統、一個電腦病毒、一張價值50美元的亞馬遜禮品購物卡、1895年於法國上映的世界上第一部電影《火車到站》（Arrival of a train at La Ciotat）、航天飛行器「先驅者」（Pionner）的一塊載有人類訊息的鍍金鋁板以及美國數學家、資訊理論的創始人克勞德·艾爾伍德·香農（Claude Elwood Shannon）於1948年發表的一篇研究報告。

研究員Erlich說：「有人問我，『你怎麼能夠把視頻存進DNA呢？』這也是我要向我6歲小兒子解釋的問題。」

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