一管核酸可以存什么？仅200公斤DNA就能装下整个世界

从结绳记事、仓颉造字到磁带、硬盘等现代磁光电存储技术，人类文明的发展与存储技术密切相关。随着科学技术的进步，数据存储方式不断迭代创新。

我们都知道，所有信息在计算机中都是借助 0 和 1 两种代码存储的，而 DNA 是由 A、T、G、C 四种碱基组成的。因此，长期以来就有科学家设想，如果将四种碱基中的 A、T 表示 0，G、C 表示 1，那么 DNA 也可以存储信息了。

DNA存储信息

 01 

相比于目前常用的以硅基材料为基础的信息存储技术，DNA 得特性使其天生就是一种非常理想的存储介质。首先， DNA 非常稳定 ，合成和测序技术目前非常成熟，操作容易。其次， 由于 DNA 密度较高 ，其数据存储密度远远超过传统数据存储技术，可存储规模更是远远超出现有最大数据中心的容量。直观来说， 1 立方厘米的 DNA 存储的数据信息比一万亿张光盘存储量还多。

最后，之前 已有科学家证实了使用 DNA 进行数据存储的可行性 ，例如在 2012 年，哈佛大学的乔治・丘奇（George Church）就曾在 Science 期刊发表论文，将自己的一本大小为 659kb 书存进了 DNA 中，并将其导入了大肠杆菌进行复制。

中国科学院院士、天津大学元英进教授带领团队一直致力于下一代存储技术——DNA存储。近日，该研究团队将十幅精选敦煌壁画存入DNA中，通过加速老化实验验证壁画信息在实验室常温下可保存千年，在9.4℃下可保存两万年。该算法支持DNA分子成为世界上最可靠的数据存储介质之一，可以让面临老化破损危机的人类文化遗产信息保存千年万年。

两个难点

 02 

目前以 DNA 为基础的存储技术要想应用到临床还需要解决两个非常重要的问题。例如 DNA 存储的成本问题 ，以目前 DNA 合成的成本计算，在 DNA 中存入 100 万 Gb 的数据，成本高达 1 万亿美元。

除了成本之外， DNA 存储所面临的另外一个难题在于，如何从所有存储信息中挑出想要的文件。 目前，人们常用的是 PCR（聚合酶链式反应）来检索 DNA 文件，每个 DNA 数据文件都包含一个特定的 PCR 引物结合序列。不过，这一检索方法有一个致命的缺点，那就是引物和靶 DNA 序列之间可能存在干扰，脱靶会导致不需要的文件被拉出。此外，PCR 检索过程中需要酶，最终也会消耗掉大部分的 DNA。

美国麻省理工学院生物工程系的 Mark Bathe 教授带领的研究团队， 成功开发出了全新的以 DNA 为基础的信息存储和读取技术，实现了 DNA 数据的快速准确检索识别。Bathe 教授表示，“如果要跟硅基存储竞争，DNA 合成的成本需要再下降 6 个数量级。不过，就像过去几十年间硅基存储价格的大幅降低，DNA 合成成本预计在未来 20 年左右就会降到和硅基存储相当”。

“一根试管”

 03 

2022年，中国科学院院士、上海交大化工学院院长樊春海，以一根测核酸的试管比方，推算出一两也就是50克dna，就可以存下1000万块硬盘的信息。“通过dna存储，可以把数据电子存储的容量极限提升7个数量级。”他说，这样一来，全世界440万亿亿的字节，只要200公斤dna就可以存下来了。

我国“十四五”科技发展相关规划，dna存储就被列入需要加快布局的几项前沿技术之一。今年，国内首部dna存储行研报告《dna存储蓝皮书》问世，欧阳颀、元英进、杨焕明以及樊春海作序指导，由深圳华大生命科学研究院等共同发起，联合dna数据存储产学联盟等多家单位共同发布，上海交大也已成立dna存储研究中心。

作为上海首位“70后院士”，也是上海交大转化医学研究院执行院长的樊春海教授，有如一位跨界“理化生”的全科型科学家，他信心满满地说，“在未来是不是我们有可能拿着一管dna说，这里面存储的内容是全世界所有的数据！”（转化医学网360zhyx.com）

参考资料：

https://baijiahao.baidu.com/s?id=1744379086340411539&wfr=spider&for=pc

https://export.shobserver.com/baijiahao/html/531398.html

注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。