我们人体的所有信息都由 DNA 编码组成。你可曾想过，DNA 能够像 U 盘一样存储信息？美国《科学》杂志近日发布的一项研究显示，一克 DNA 的储存容量相当于约 20 万台电脑！具体容量约为 200 PB（20 万兆）。这是因为 DNA 具有密度大、稳固耐用的特点。专家指出，当今时代信息爆炸，只要解决了成本问题，那么 DNA 储存技术的市场空间将无可限量。

DNA 存储技术：并非首创

其实 DNA 储存技术早已有人在做了。2012 年，哈佛大学研究人员用 DNA 储存了一本五万字的图书。欧洲生物信息研究所（European Bioinformatics Institute ）也在 DNA 储存了莎士比亚的十四行诗以及马丁•路德•金的演讲《我有一个梦想》的录音带。

突破性进展：存储效率大幅提升

尽管不是首创，但是，这项 DNA 存储技术目前迎来了重大突破。研究员 Erlich 是该研究报告的作者之一，他表示：这是因为运用了一种编码技术，能让 DNA 存储效率提升 60%，还能有效减小 DNA 存储过程中的出错率。他在美国哥伦比亚大学担任计算机科学系教授，同时也是纽约基因组中心（New York Genome Center）的核心成员。

“把数据输入 DNA 只需要不到一秒钟。DNA 说白了只不过是四种核苷酸（nucleotides）排列组合的结果。我们只需要把这些核苷酸和数据一一对应。”研究员 Erlich 说，一旦掌握了编码方法，或者找到了符合编排或数据输入要求的 DNA，那接下来的工作就很轻松了。这是因为，可以由企业来负责 DNA 的实际制造过程。

独特魅力“这么做，是为了激发人们的想象力吗？没错！就是想让人们感受到科学有趣的一面！”DNA 具有密度大、稳定性高的优势，因此 DNA 储存技术仍然比新兴的同类技术更让科学家着迷。研究员 Kosuri 说：“DNA 储存技术所涉及的难度，相当于把单个原子放在一个物体表面。” 他指的是 IBM 公司，该公司曾在 1989 成功用 35 个氙原子拼出了“IBM”的字样。

他说：“排列原子也不是不可能的事，但必须要运用极高的成像技术，在接近于绝对零度的真空状态下才能完成。这就涉及到核心技术了。相比之下，我们的 DNA 技术要比它更实用，虽然在存储方面肯定没有软盘或 U 盘那么实用。”

DNA 还可以储存 3D 影像。虽然全息存储（holography memory）和赛道储存（racetrack memory ）技术也可以做到，但是研究员 Kosuri 说，DNA 技术能储存的密度比它们要高得多。

克服技术难点

但是，DNA 的合成过程是非常艰辛的。研究员 Kosuri 表示：“难就难在，DNA 合成过程中，约有 5% 的时间，会损失掉随机合成的一个 DNA。而且，不仅合成困难，就连读取 DNA 也是一个问题。如果有一种编码技术能够避免这种损失，那么 DNA 存储技术就会变得简单得多，也利索得多。”

美国《科学》杂志发布的这项研究，的确实现了这种编码技术。研究员 Kosuri 表示，这项技术可以让 DNA 合成过程中出现的失误容易让人接受。这要归功于一种特殊的编码技术，而用这项技术传送数字信息，通常能够适应连接中断的情况发生，比如在智能手机上播放 Youtube 视频。Erlich 表示，这就意味着，这种编码技术能够处理那些比研究中使用的 DNA 质量低得多的 DNA。

研究员 Kosuri 没有参与该项研究，但他是上述 2012 年哈佛大学研究报告的第一作者，如今是加利福尼亚大学洛杉矶分校（UCLA）的一名生物化学教授。

苏黎世联邦理工学院化学工程师 Grass 也参与了这项研究，他表示，研究团队成功地在 DNA 中存储并且恢复了一个操作系统，是个“优雅的成就”。他还说：“我每天都在‘使用’DNA，所以我明白这项工程必须要万无一失。” Erlich 表示，他们是故意把那个操作系统放进 DNA 的。”如果不把文件完美地恢复，那么就可能会损毁某些内容。但我们就是要证明我们不怕把这种可能会损毁的内容放进 DNA。”

Kosuri 也同意这种方法十分高效：“我认为他们采用了正确的实验测试算法。他们选对了算法，而且看起来很奏效。”

成本巨大

在化学工程师 Grass 看来，合成 DNA 的成本比编排 DNA 的成本还要大。他说：“虽然编排 DNA 的成本太高，无法实际应用，不过现在有了纳米微孔 (nanopore) 插入计算机进行 DNA 编排的技术，所以它的成本越来越小了。但是，合成 DNA 的成本仍然十分之高。”

研究员 Kosuri 也表示：“DNA 储存技术规模化应用的唯一阻碍就是，它的成本实在是太高了。关于编码、编码的工作方式以及这种编码是否可靠等种种问题，我们的研究报告都一一解答了。但是，唯独成本问题，是我们目前解决不了的。”

Grass 认为，要想让 DNA 能够储存信息长达数百年之久，就必须要采用另外一些手段把 DNA 固定住。他解释道，基因物质可以在动物骨头和动植物化石中固定保存，但是自由 DNA 却不一样，具有不稳定性。如果把它放在实验室，一年以后里面的信息就会开始损毁了。

前景：依然明朗

研究员 Kosuri 已经不再从事 DNA 储存技术研究，但是他本人对这项技术的发展还是持乐观态度。他说：“上百万倍的成本听起来很吓人，但是在过去的 15 年，我们已经把成本缩小为原来的上百万分之一了。现在，不仅仅是编排 DNA，就连合成 DNA 的成本也已经有所下降。”

研究员 Erlich 憧憬在未来，有人可以发明一种“专门用于 DNA 存储的工序，方便我们快速合成劣质 DNA”，从而减少成本。他说：“我们可以质量参差不齐的 DNA 先提取出来，然后再根据编码方式来逐步对其进行纠正。这是我们未来的研究方向”

目前的研究是一个良好的开端。研究员已经在 DNA 存储了许多内容，它们能灵敏地减少存储错误，其中包括：一个操作系统、一个电脑病毒、一张价值 50 美元的亚马逊礼品购物卡、1895 年于法国上映的世界上第一部电影《火车到站》（Arrival of a train at La Ciotat）、航天飞行器“先驱者”（Pionner）的一块载有人类讯息的镀金铝板以及美国数学家、信息论的创始人克劳德•艾尔伍德•香农（Claude Elwood Shannon）于 1948 年发表的一篇研究报告。

研究员 Erlich 说：“有人问我，‘你怎么能够把视频存进 DNA 呢？’ 这也是我要向我 6 岁小儿子解释的问题。”

文章转自生物探索