世界上最密集存儲(chǔ)介質(zhì) DNA芯片獲突破

據(jù)國外媒體報(bào)道，在談到信息存儲(chǔ)時(shí)，硬盤完全不能和DNA相提并論。在人類的基因序列中，1克的重量就可以包含幾十億GB的數(shù)據(jù)，而1毫克分子的信息存儲(chǔ)空間就可以包含美國國會(huì)圖書館全部的書籍，并且還有剩余。在過去，這些只是理論上的概念。現(xiàn)在，最新的一項(xiàng)研究表明，研究人員可以把一部遺傳學(xué)教科書的內(nèi)容存儲(chǔ)到1微微克(picogram，相當(dāng)于萬億分之一克)DNA中，這一技術(shù)上的突破很可能會(huì)革命性的提升人類存儲(chǔ)信息的能力。

過去，有些研究團(tuán)隊(duì)一直試圖向活細(xì)胞中的基因組寫入數(shù)據(jù)，但是這種方式有一些不足之處。首先，細(xì)胞會(huì)死亡，這并不是你存儲(chǔ)學(xué)期論文的好方法。另外，細(xì)胞還會(huì)分裂、復(fù)制，其中會(huì)不斷發(fā)生變異，從而改變數(shù)據(jù)的內(nèi)容。

圖DNA的四種脫氧核苷酸(A，G，C，T)可被用來對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼

為了解決這些問題，一個(gè)由波士頓哈佛醫(yī)學(xué)院合成生物學(xué)家喬治-丘奇(GeorgeChurch)領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)明了一種DNA信息歸檔系統(tǒng)，完全不需要利用細(xì)胞。相反，利用的是一臺(tái)噴墨打印機(jī)，從而將化學(xué)合成的一小段DNA嵌入到一塊微型玻璃芯片的表面。為了給數(shù)字文件進(jìn)行編碼，研究人員把文件劃分為微小的數(shù)據(jù)塊，并把這些數(shù)據(jù)塊以A、C、G、T(DNA的四種脫氧核苷酸)的字母組合來表示，放棄了過去在計(jì)算機(jī)上的1和0編碼方法。每條DNA片段還包含了一個(gè)數(shù)字“條碼”，用來記錄數(shù)據(jù)在原文件中的位置信息。在讀取信息時(shí)，需要DNA測序儀和電腦將所有片段按序重新組合起來，并轉(zhuǎn)換為數(shù)字的格式。計(jì)算機(jī)還需要負(fù)責(zé)處理錯(cuò)誤信息，因?yàn)槊總€(gè)數(shù)據(jù)塊都可能會(huì)被復(fù)制上千次，經(jīng)過比對(duì)，任何小錯(cuò)誤都可以被發(fā)現(xiàn)和糾正。

為了證實(shí)這一系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中的能力，該團(tuán)隊(duì)使用了這種DNA芯片將丘奇同他人合著的一本遺傳學(xué)書籍進(jìn)行了編碼。他們成功了。在將書籍內(nèi)容轉(zhuǎn)換為DNA的信息、并將其翻譯成數(shù)字存儲(chǔ)模式后，該系統(tǒng)顯示的出錯(cuò)率為每百萬比特僅兩個(gè)錯(cuò)誤，相當(dāng)于一些小小的拼寫錯(cuò)誤。這同DVD的性能差不多，遠(yuǎn)遠(yuǎn)好過硬盤。本周五，該團(tuán)隊(duì)在《科學(xué)》雜志上發(fā)布的報(bào)告稱，考慮到DNA芯片的體積非常小，它成為了目前世界上最密集的信息存儲(chǔ)介質(zhì)。

不過，你最好別急著將閃存上的數(shù)據(jù)復(fù)制到基因存儲(chǔ)上。美國馬里蘭州羅克維爾市克雷格-文特爾研究所的合成生物學(xué)家丹尼爾-吉布森(DanielGibson)表示，DNA測序儀和其他設(shè)備的成本相當(dāng)高，目前還不適宜推廣，但是這一領(lǐng)域發(fā)展迅速，這項(xiàng)科技將會(huì)變得更便宜、更快速和更輕便。吉布森過去領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)曾合成了世界上第一個(gè)最完整的基因組，并在DNA中加入了一些額外的信息作為“水印”。不過，這些研究人員使用的是三個(gè)字母的編碼系統(tǒng)，要比丘奇團(tuán)隊(duì)的效率低一些，但是卻成功阻止了活體細(xì)胞的復(fù)制，從而不會(huì)將DNA轉(zhuǎn)換為蛋白質(zhì)。吉布森說，“如果DNA要被用來存儲(chǔ)信息，并且使用環(huán)境不在實(shí)驗(yàn)室里，那么你還需要DNA測序儀的幫助，而這是很不現(xiàn)實(shí)的。”丘奇不同意這種觀點(diǎn)。他表示，除非某人有意識(shí)的“破壞”他的DNA數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)，否則信息將非常安全。