若將數據存到DNA，全世界的信息只有1公斤重

湯波

大數據時代，我們在網絡上每一個動作，都在產生大量數據。它們如一條條河流，匯聚成數據的汪洋大海。如此大量的信息怎樣存儲？珍貴的數字記憶要如何長久可靠地保存？科學家們想到了一種方法，將數據寫入活細菌的DNA中。

大數據時代，我們在網絡上每一個動作，都在產生大量數據。它們如一條條河流，匯聚成數據的汪洋大海。

如此大量的信息怎樣存儲？珍貴的數字記憶要如何長久可靠地保存？科學家們想到了一種方法，將數據寫入活細菌的DNA中！近日，美國哥倫比亞大學的研究人員運用“基因魔剪”技術（分子診斷工具）將數據翻譯成堿基語言，成功錄入到大腸桿菌的DNA之中。

數據時代，存儲的革新

在地球生命系統中，DNA可謂無處不在。自然界將生命的遺傳信息存儲在DNA中，人類也可以將數據信息存儲其中。我們可以把二進制數字語言轉換成四種堿基語言，將信息存儲到DNA中。讀取時只要反向進行DNA測序即可。

這主要基于以下兩點：首先，DNA的存儲密度非常大。全世界的數據信息都可以儲存在1公斤重、只占粉筆盒大小空間的一堆DNA中。

其次，一般物理存儲設備使用壽命往往不到10年，而DNA則可將遺傳信息完整保存100年以上。如果是在-18℃以下的低溫環境中，甚至可保存上萬年、數十萬年。

人工合成DNA數據存儲技術

DNA存儲技術的希望，也開啟了研發熱潮。之后，存儲數據的大小不斷突破上限。不過，人工合成DNA數據存儲技術要實現商業化應用，還有一些重大問題要解決。

一是成本過高，目前人工合成存儲1兆字節數據的DNA，需要3500美元，解碼過程還需要額外的1000美元。二是無論存儲還是讀取過程都需要專業設備，個人使用極不方便。三是DNA保存需要低溫環境，否則長時間容易發生DNA降解，導致數據失真或丟失。

既然人工合成DNA有缺陷，那能不能借用活細菌的DNA呢？早在2017年，丘奇團隊就開創性地利用“基因魔剪”技術，將編碼信息的DNA片段送入細菌體內。該系統可以對任何DNA序列進行精準修改。

這一次，哥倫比亞大學的研究人員則進一步發展了該方法。需要存儲的二進制信息先被轉換為DNA序列，并插入環狀質粒（一種穩定的DNA環），然后隨質粒轉入大腸桿菌體內。通過改變化學試劑的濃度，改變了細菌周圍的電壓，這時一些特定的環狀質粒拷貝數會顯著增加。“基因魔剪”系統感知到這種變化，并將質粒中的插入片段（目標DNA序列）寫入細菌基因組，在生物體內實現數據信息的自動存儲——這就像為存儲動作設置了一個開關。經過測試，研究人員發現，錄入大腸桿菌DNA中的信息在它們繁衍80代后，正確率達90%以上。

相信在不遠的將來，DNA數據存儲設備將隨處可見。那時，我們或許可以通過解碼一段DNA，來閱讀一本科幻小說，聽一段搖滾樂，觀看一部電影。