我科学家在DNA信息存储领域获突破
“1公斤DNA便可以装下全世界数据。”日前，北京大学张成、钱珑联合研究团队与合作者提出了一种全新的并行“印刷”DNA存储策略，成功将信息打印在DNA分子之上，犹如在白纸上批量印刷信息。相比于目前基于序列合成的主流“逐字写入”DNA存储，该技术实现了快速、低成本的大规模分子数据存储，为未来实用型DNA存储发展提供了破局新路。相关成果23日深夜以《基于表观分子比特打印的并行DNA分子数据存储》为题发表于《自然》。
从甲骨到竹简，从纸张到光盘，从闪存到云存储……时代向前发展，关于信息与数据的存储方式也在发生着深刻变化。如今，全球每天都在产生海量数据，但它们储存在哪儿，始终是一个现实难题。经过多年探索，科学家们发现，DNA存储技术或许是一个正确选项。
记者了解到，主流DNA存储多以化学合成的方式逐个加入代表信息的碱基，过程烦琐耗时，在成本和速度上面临巨大挑战。“不同于传统技术路线，这项技术的核心突破在于，我们开发的‘表观分子比特’DNA存储技术，利用预制的DNA‘白纸’和‘活字块’，通过DNA自组装介导的分子信息‘排版’，再由酶催化‘转印’，实现了分子级‘活字印刷’。”论文通讯作者张成介绍，与传统DNA数据存储方法相比，这种活字印刷并行写入方式只需通过排版有限的“活字块”，就可以实现任意信息写入，不仅避免了复杂烦琐DNA序列编码过程，而且大幅降低了分子信息写入复杂度，能够降低成本，提高操控灵活性。
张成告诉记者，由于首次引入并行的分子排版和转印机制，团队在实验中成功将中国汉代虎纹瓦当和国宝大熊猫飞云的高清图片信息，通过“表观分子比特”并行写入DNA分子中，数据量超过27.5万比特，存储规模较以往同类工作提升超过300倍。“同时，信息读取可使用便携式纳米孔测序仪，实现了对DNA模板上复杂修饰比特信息的高通量读取，并通过并行解析无损还原了原始数据。实验结果验证了这项创新型分子存储技术的可行性和准确性，还展示了‘表观分子比特’DNA存储的稳定性。”
最值得关注的是，团队还展示了这项技术的分布式存储应用潜力。论文通讯作者钱珑透露，在个人定制DNA存储实验中，团队邀请了60名背景广泛的青年志愿者，由他们在日常环境下，将私人数据亲手写入DNA并由个人保存，相关数据直到他们想使用时才被读取，可有效保障个人数据的隐私与安全。“可以说，这种便捷的分布式DNA存储方式，不仅能极大降低DNA存储的使用门槛，而且具有高隐私性，有望实现DNA存储的个人应用。”
“在DNA这张白纸上批量打印信息，代表着DNA存储技术的重要突破与革新，为大规模数据存储提供了全新解决方案，有望突破DNA存储的成本和速度壁垒，并为未来其他相关分子信息系统的技术研发奠定基础。”钱珑表示，“可预见的是，在未来，无论身处何时何地，我们都将无须依赖大型实验仪器，就能实现简单、准确、高效的DNA数据存储。”
《光明日报》(2024年10月25日08版)
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