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表观遗传升级后 DNA 以位存储数据
一种新工艺使得使用 DNA 作为二进制存储成为可能。北京大学的研究人员展示了表观遗传变化如何有效地存储数据。
表观遗传升级后 DNA 以位存储数据
DNA已经存在了数千年 人类首选的数据存储设施 。坚固而紧凑，信息密集，一克数据足以支持 1000 万小时的高分辨率 视频 可以保存。
但总有改进的空间。
现在，一种新颖的方法使得将信息以二进制代码的形式存储在 DNA 中成为可能——与传统计算机使用的 0 和 1 相同。有一天，这种方法可能会比在构成 DNA 的构建块序列中编码信息更便宜、更快，而 DNA 目前已被细胞使用，并且大多数努力都在这样做 存储人工生成的数据 对应于所使用的方法。
该方法非常简单，来自不同领域的 60 名志愿者都能够使用它来保存他们选择的文本。该研究的作者之一、北京大学计算合成生物学家龙潜表示，他们中的许多人最初并不相信这项技术会起作用。 1 ，它描述了该技术。
“一旦他们看到了序列并得到了正确的台词，他们就开始相信自己真的可以做到，”她解释道。该研究今天发表在《自然》杂志上。
存储空间短
该技术只是众多技术之一 尝试将 DNA 转变为可持续的替代品 到传统， 电子存储选项 无法跟上世界不断增长的数据生产的步伐。 “我们正在达到物理极限，”亚特兰大佐治亚理工学院的物理学家尼古拉斯·吉斯说。 “而且我们正在不断生成更多数据。”
DNA 巨大的存储容量使其成为一种有吸引力的替代品。此外，还可以 DNA 在不受潮湿和紫外线照射的情况下可以保存数十万年 。相比之下，电子硬盘需要每隔几年更换一次，否则数据就会损坏。
在 DNA 中存储信息最明显的方法是将数据插入 DNA 序列中，这个过程需要从头开始合成一条 DNA 链。北卡罗来纳州立大学罗利分校的合成生物学家 Albert Keung 解释说，这种方法速度较慢，而且比电子数据存储昂贵许多数量级。
为了开发一种更便宜、更快的方法，钱和她的同事转向了它 “表观基因组”——细胞用来控制基因活性的各种分子 ，而不修改DNA序列本身。例如可以 DNA 中添加或去除所谓的甲基 来改变它们的功能。
钱和她的同事开发了一种系统，可以将一系列短的预制 DNA“构建块”（带有或不带有甲基）添加到反应容器中，以形成具有正确二进制代码的不断生长的 DNA 链。为了检索数据，研究人员使用 DNA测序技术 ，它可以检测 DNA 链上的甲基。结果可以解释为二进制代码，其中甲基的存在对应于 1，不存在对应于 0。
DNA 中的熊猫肖像
Keung 说，由于该技术使用预制的 DNA 片段，因此可以进一步优化以实现大规模生产。这将比为要存储的每一位信息合成一条定制的 DNA 链便宜得多。 Keung 表示，下一步将是看看系统的扩展能力如何以适应大型数据集。
作为朝这个方向迈出的一步，钱和她的同事编写并阅读了说明，创建了中国古代汉代的老虎图像和郁郁葱葱的熊猫的彩色图像。这些图像被编码为近 270,000 个 1 和 0，即“位”。
吉斯说，目前，该领域需要降低成本才能与电子数据存储竞争。 “DNA 存储在商业化之前还有很长的路要走，”他说。 “但是需要颠覆性技术。”
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张，C.等人。自然 634, 824–832 (2024)。