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Epiview | 如果用DNA储存世界上全部的信息, 需要多大的空间? 一间屋子!
3月3日，Science报道了题为DNA Fountain enables a robust and efficient storage architecture的文章，介绍了“DNA存储技术”的最新进展。那么，何为“DNA存储技术”？下面跟随小编，了解“DNA存储技术”的奥秘吧~
小身材，大容量
人类正面临着棘手的数据存储问题: 在过去两年间产生的数据已经超过了人类历史数据的总和。信息飞速喷发，很快就会超过信息捕获硬件的存储能力。现在研究人员报道，他们想出了一种新的方法：将数据编码在DNA中，制造出了迄今为止密度最高的数据存储方案。1g的DNA可以存储215拍字节(千万亿字节)。这个系统基本上可以存储人类目前记录的全部数据(字节)，存储这样的海量数据只需要两三个小型皮卡车的体积。但是这项技术是否会实现飞跃，主要取决于它的费用。
DNA作为数据存储媒介有哪些好处？
DNA作为数据存储媒介有诸多优点。首先，体积超级小；便于长久保存，如果存放在冰冷干燥的环境中，它可以保存几十万年。只要人类社会还在阅读（即DNA测序）和书写DNA（DNA合成），我们就可能解码它。“DNA就像盒式磁带和CD，它不会降解，而且不会过时，”哥伦比亚大学的计算科学家Yaniv Erlich如此说道。不像其他高密度存储方法，比如在平面上操纵单个原子，这项新技术可逐一书写和阅读大量的DNA，使得（其数据容量）进一步扩大。
如何实现DNA数据存储？
2012年，哈佛大学遗传学家George Church、Sri Kosuri及其同事将一本52000字的书编码进成千上万个DNA片段中，用DNA的四个字母A、G、C、T来编码数字文件的0和1。实际上，这种独特的编码方案相对低效，然而每克DNA可以存储1.28拍字节。其他途径可以做的更好。但目前还没有人可以储存理论值（DNA实际可以储存的量）的一半的存储量。这个理论值为每个核苷酸存储1.8字节。（这里不是2个字节是因为可能会出现罕见的，不可避免的DNA书写和读取错误。）
DNA fountain编码的流程图
Erlich认为他可以接近这个极限。因此他和纽约基因中心的一位副研究员Dina Zielinski着眼于数据编码和解码算法。他们从六个文件开始，这六个文件包括一套完整的计算机运行系统、一个计算机病毒、一部1859年的法国电影《火车进站》以及理论家Claude Shannon的一项研究。首先他们将这些文件转换成0和1构成的二进制字符串。他们发明了一种叫做DNA fountain（直译为“DNA泉”）的算法，可把这些二进制字符串随机地包装至所谓的液滴，并在这些液滴上加上额外的标签，进而可实现一定顺序的重组。研究者一共制造了72000条DNA链，每条长200bp。
随后，他们把这些文本文件发送到Twist Bioscience（一个位于旧金山的新兴生物科技公司），这家公司可合成这些DNA链。两个星期后，Erlich和Zielinski收到了一个邮寄过来的小管，里面正是含有编码文件信息的DNA。为了解码，他们采用DNA测序技术。测序数据输入计算机，重新把这些遗传密码转化为二进制数，并利用标签重组这6个原始文件。这种方法表现异常出色，新组装的文件没有任何错误，他们近日在Science上进行了报道。此外，他们可通过PCR反应实现无限制，零错误的拷贝。Erlich说，目前他们可以做到每个核苷酸编码1.6个字节，比此前其他组的要好60%，而且达到了理论存储值的85%。
与以往工作的对比
应用有哪些瓶颈？
“我喜欢这项工作，”加州大学洛杉矶分校的生物化学家Kosuri说，“我想正是这项决定性工作，向大家展示了（在技术上）可实现数据大规模地储存在DNA中。”
然而，Kosuri和Erlich强调，新方法目前还不能进行大规模应用。合成存储2兆字节数据的DNA需要花费7000美金，此外另需要2000美金来读取它们。随着时间的推进，费用可能会降低，但还有很长的路要走。
与其他数据存储方式相比，书写和读取DNA还太慢。如果数据即时需要，那么这项技术将束手无策，但它适用于档案保存。然而未来的事情谁说得准呢？说不定哪一天，Facebook和亚马逊数据中心就可能被几个皮卡车大小的DNA存储器给取代掉。