DNA存储技术:未来的信息存储革命

作者: 一只哈代

来源: 公众号:我是科学家iScientist

发布日期: 2021-05-31 13:00:14

本文介绍了DNA存储技术的发展历程及其在未来信息存储中的潜力,探讨了DNA作为存储介质的优点和面临的挑战,如高成本和读取速度问题,并展望了DNA存储技术可能带来的革命性变化。

祖传的双链DNA,反正闲着也是闲着,不如拿来装书、存电影?如果让你给千年后的世界留下这个时代的讯息,你会选择用什么样的方式呢?写在纸上?难以保存。刻在石头上?保存久,但容量有限。存进电子芯片?容量大了,但长期放置不用,数据容易消失。难道就没有一种更靠谱的存储介质吗?别急,大自然早已给我们准备了一套精妙的存储方案。

它诞生自亘古,跨越亿年延用至今,各类生物纷纷表示“真香”;它有长达521年的半衰期,让长期保存不是笑谈;它的装载量惊人又不占空间,1g就中能装进一千亿张DVD光盘的内容,1kg能装下全球所有的信息数据!没错,它就是谱写生命密码的DNA。

DNA存储并不是一个新鲜的概念,早在1960年代中期,苏联物理学家米哈伊尔·萨米奥维奇·纽曼就大胆设想用DNA作为数据存储载体,可惜1970年前尚不会合成DNA,甚至连怎样阅读生物DNA中的信息还八字没一撇。真正在技术上第一次把人类文明写进DNA,始于1988年的一场艺术与科学的碰撞。

麻省理工学院的科学艺术家乔·戴维斯参考古老的日耳曼符文,用简单的线条设计了一个代表生命和女性地球的“基因艺术品”——小维纳斯。随着21世纪的到来,DNA合成和测序技术也有了跨时代的飞跃。当科学的齿轮咬合,技术这架马车缓缓启动,曾经前卫的艺术品便成为了拉动变革的那只手。哈佛大学的合成生物学家乔治·丘奇率先率领团队将自己的一本659kb的书顺利存进了DNA中,这便是在合成生物学领域颇具盛名的丘奇之书。

想让DNA存储从实验室走到寻常百姓家,合适的DNA“容器”必不可少。毕竟让大家在家里培养大肠杆菌、提取DNA不太现实。那么,未来的DNA存储器会是什么样子的呢?兔兔那么可爱,不如就把它做成兔兔吧!2020年,一只看似平平无奇的3D打印版斯坦福兔子在苏黎世联邦理工学院的实验室中诞生。

在这只兔兔的身体里嵌着数以万计微小珠子,而每颗珠子内都有几十个DNA分子,科学家们将打印兔兔的蓝图直接存进了这些DNA里,因此这只兔兔的体内包含着3.7亿份“克隆”自己的数据代码。这便是苏黎世联邦理工学院罗伯特·格拉斯和以色列亚尼夫·埃利希实验室的DoT构架,即将DNA分子融合到一种功能性材料中,从而创建具有存储功能的实物。

斯坦福兔兔或许能带着我们蹦蹦跳跳的闯进DNA存储的新时代,但前方依旧有不少难题亟待科学家们解决。第一道门槛就是价格,当前的DNA存储实在是太烧钱了!要知道,DNA目前的合成成本在3元一个碱基!但是希望还是有的,华大基因公司预测DNA合成成本正以每年3-4倍的速度下降,美国Catalog公司也大胆预测未来进行1MB数据DNA存储成本将不到0.001美分。

无论如何,我们不妨保持着乐观美好的幻想,也许在不久的将来,我们便可以在赠与心爱之人的玫瑰中写入DNA编码的告白。

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