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2012年8月21日 訊 /生物谷BIOON/ --一個(gè)美國(guó)研究小組利用DNA微芯片(DNA microchip)成功地編碼出一本5.27兆比特的書(shū)籍，然后他們利用DNA測(cè)序來(lái)閱讀這本書(shū)。他們的實(shí)驗(yàn)證實(shí)DNA能夠被用來(lái)長(zhǎng)期儲(chǔ)存數(shù)字信息。 來(lái)自哈佛大學(xué)維斯生物工程研究所(Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering)的George Church和同事們將遺傳學(xué)家喬治-丘奇(George M. Church)撰寫(xiě)的大約有5.34萬(wàn)個(gè)單詞的書(shū)籍《再生》(Regenesis)編碼到DNA序列中，連同一起的還有11張JPG格式的圖片和一段JavaScript程序。利用這種新方法所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)是之前科學(xué)家們利用DNA編碼的數(shù)據(jù)的1000多倍。 DNA是由核苷酸組成的，而且在理論上，至少每個(gè)核苷酸能夠被用來(lái)編碼兩個(gè)比特的數(shù)據(jù)。這意味著這種數(shù)據(jù)密度是每立方毫米含有大量的1百萬(wàn)千兆比特(1 million gigabits)數(shù)據(jù)，而且只需四克DNA在理論上就能夠儲(chǔ)存每年創(chuàng)造出來(lái)的所有數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。這要比諸如閃存盤(pán)之類(lèi)的數(shù)字儲(chǔ)存媒體所儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)更加密集，而且也更加穩(wěn)定，這是因?yàn)镈NA序列在它們被編碼出來(lái)后上千年時(shí)間內(nèi)也能夠被讀出。 在這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，研究人員成功地利用短DNA序列而不是長(zhǎng)DNA序列來(lái)編碼數(shù)據(jù)，而這會(huì)降低寫(xiě)入和讀取數(shù)據(jù)的困難和成本。Kosuri博士說(shuō)，這種過(guò)程類(lèi)似于儲(chǔ)存數(shù)據(jù)到硬盤(pán)上，其中在硬盤(pán)中，數(shù)據(jù)是被寫(xiě)入在被稱(chēng)作扇區(qū)的小硬盤(pán)塊中。 他們首先將這本書(shū)、程序和圖片轉(zhuǎn)化為HTML格式的文件，然后將這些文件編譯為由0和1組成的大小為5.27兆比特的二進(jìn)制序列。利用一個(gè)DNA核苷酸(即一個(gè)堿基)對(duì)應(yīng)一個(gè)比特，這個(gè)5.27兆比特的二進(jìn)制序列按照順序被分布到多個(gè)96比特長(zhǎng)的核苷酸片段中。核苷酸A和C用0來(lái)編碼，而核苷酸G和T用1來(lái)編碼。每個(gè)核苷酸片段也含有一個(gè)19位地址來(lái)編碼這個(gè)段在全部序列中所處的位置。每個(gè)核苷酸片段被合成多個(gè)拷貝以便有助于校正錯(cuò)誤。 在這本書(shū)和其他信息被編碼到DNA之中后，DNA液滴被附著到微陣列芯片上以便儲(chǔ)存。這些芯片在 4°C下保持三個(gè)月，然后它們被溶解和測(cè)序。每個(gè)核苷酸片段的每個(gè)拷貝被測(cè)序高達(dá)3000次以便達(dá)成共識(shí)。利用這種方式，他們降低這個(gè)5.27兆比特序列中的位錯(cuò)誤數(shù)降至只有12個(gè)。 這種實(shí)驗(yàn)程序刊登在《科學(xué)》期刊上。盡管它不能被用來(lái)儲(chǔ)存可重寫(xiě)的數(shù)據(jù)，但是能夠被用來(lái)特別長(zhǎng)期地儲(chǔ)存數(shù)據(jù)。利用DNA的一種優(yōu)勢(shì)就是更加密集的信息能夠被儲(chǔ)存，但是另一個(gè)主要優(yōu)勢(shì)在于DNA是一個(gè)生物分子，而且它總是能夠在生物學(xué)上被讀取同時(shí)也不需要諸如CD或DVD的特殊設(shè)備。 這種系統(tǒng)的主要劣勢(shì)在于在當(dāng)前，用來(lái)合成和測(cè)序DNA的技術(shù)非常昂貴從而使得它不能成為一種人們能夠日常使用的實(shí)用系統(tǒng)。另一個(gè)問(wèn)題就是盡管科學(xué)家們能夠?qū)χT如上千年歷史的木乃伊之類(lèi)的來(lái)源的DNA進(jìn)行測(cè)序，但是DNA傾向于形成碎片，因此，還需要開(kāi)展研究以便改善DNA在幾個(gè)世紀(jì)乃至更長(zhǎng)時(shí)間之后的穩(wěn)定性。 |
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