科學家成功將一本書寫進DNA晶元(圖)

DNA是已知密度最高也最穩定的信息存儲介質。(網路圖片)

在儲存信息方面，硬碟與DNA相去甚遠。我們的基因編碼只需一克就能包含數十億Gb信息，一毫克就能收錄美國國會圖書館中的所有藏書內容，而且還能剩下足夠多的空間。當然，所有這一切只是理論上的推斷。現在，根據發表在《科學》上的一篇報告，研究人員成功將一本書儲存在不到1微微克（10⁻12克）DNA中。這本HTML格式的書包含53,000個單詞和11幅JPEG圖像，以及一段JavaScript程序，大小為5.3MB，研究人員將其翻譯成DNA序列，每比特一鹼基，鹼基流然後以96鹼基分組，每組鏈接到一個19鹼基地址，地址指示了數據儲存在位置。所有這些序列用合成機器轉成DNA，列印在DNA晶元上。

DNA是已知密度最高也最穩定的信息存儲介質。理論上而言，DNA的每個核苷酸可以編碼兩個比特，每克單鏈DNA的存儲容量可達455艾位元組（1艾位元組=10的18次方位元組，1位元組=8比特），大約相當於1000億張DVD光碟的容量，存儲密度幾乎是快閃記憶體等現有數字媒體的五六百倍。而且，存儲在DNA中的數據時隔幾千後年仍能夠被讀出。

此前曾有研究人員嘗試過將數據寫進活細胞的基因組內，但這種方法存在很多問題：首先，一旦細胞死亡，存儲的內容將會丟失；其次，細胞會分裂複製，在這一過程中可能會產生新的變異，從而更改存儲數據。此外，利用DNA長序列讀取和寫入數據存在一定難度，而且成本很高，這使得利用DNA進行大規模數據存儲不太現實。

為瞭解決這些問題，哈佛醫學院合成生物學家喬治·丘吉爾帶領的研究團隊不使用細胞，而是用噴墨印表機將化學合成的DNA短片段嵌入到一個微小的玻璃晶元表面。他們將一本由丘吉爾參與編寫的遺傳學課本轉換成「0」和「1」的比特形式，並用DNA的4個鹼基中的A或C來編碼 「0」，G或T來編碼「1」，從而將課本內容寫入了DNA中。這個DNA晶元採用了類似於計算機硬碟分區的方式，將課本內容分散為數據塊來存儲。

讀取這些數據則需要一個DNA測序儀和一臺計算機。由於每個DNA片段中都包含著一個數字「條形碼」，記錄了其在原始文件中的位置，因此所有的片段可被重新組裝，並轉換成數字格式。電腦還能幫助糾錯：每個數據塊都被複製了數千次，通過與其他副本相比較，任何一個小錯誤都可以被識別並修復。

研究人員將課本內容存入DNA，然後又重新轉化為數字形式讀出，結果顯示，這個存儲系統的底層讀取錯誤率為每百萬比特只有兩個錯誤，可與DVD比肩，遠遠優於磁性硬碟驅動器。不過，由於數據編碼是與DNA合成同步完成的，因此這種方式不支持可擦寫數據存儲，但適用於長期歸檔存儲。

研究人員表示，因受操作成本、速度（此次花了大約幾天時間）和測序儀大小的制約，將DNA作為一種通用的數據存儲介質目前還不切實際，但這一領域正在快速發展，未來5年到10年內有望開發出比傳統數字存儲設備更快、更小、更便宜的DNA存儲技術。