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17:18:47 / 2013年04月10日

#DNA#取代硬盤
為什么重要:
隨著數字化信息量的增長,如何找到可靠的長期存儲介質逐漸成為一大問題。

有朝一日,DNA的作用可能不只是生命的藍圖,還可能以不可想象的壓縮形式將大量的文檔、音樂或圖片儲存幾千年之久。

位于英國辛克斯頓的歐洲生物信息學研究所的研究人員展示了一種新方法,能夠用這種方式對幾種常見的計算機文件格式進行可靠編碼。隨著DNA測序和合成的價格持續下降,研究人員估計,DNA這種生物存儲介質將在未來幾十年內變得有競爭力。

DNA的信息存儲密度至少相當于現有介質的1000倍,但是直到最近,DNA合成的成本才降下來,而之前這一技術一直極為罕見。不過,傳統上的數字信息的長期存儲方式繼續暴露出很多問題。一般用來存儲檔案的磁帶在幾十年之后會變得脆弱,磁粉涂層會脫落。即便用來存儲信息的物理介質保持不變,存儲格式也總在變化。這意味著數據必須轉換成新格式,否則就將無法讀取。

相比之下,DNA可以長時間保持穩定,而且只使用一種可能一直有用的格式。該項目的負責人尼克-高德曼(Nick Goldman)說:“我們想把存儲介質和能夠讀取介質的機器分離開來,我們總有讀取DNA的技術?!备叩侣岬?,目前已經找到幾萬年前的DNA碎片,一直穩定不變。而且DNA如果被冷藏或冷凍起來,可以保持更長時間的穩定。

英國的研究人員將存有馬丁-路德-金的《我有一個夢想》演講的MP3文件、一篇科學論文的PDF文檔、一張JPEG彩色圖片以及一首莎士比亞的十四行詩的ASCII文本文檔用DNA進行了編碼。DNA文件的存儲密度約為每克2.2PB。

以前也曾有人演示過DNA數據存儲。比如去年夏天,由哈佛大學遺傳學教授喬治-丘奇(George Church)領導的研究團隊就使用DNA存儲技術對一本書進行了編碼。

高德曼說,新研究的不同之處在于,研究人員將精力集中在實用的、可容錯的設計上。為了創建DNA文件,研究人員編制了軟件,將數字高電平和低電平轉換為DNA堿基的字母表---A、T、C、G。這一方法確保不會出現重復的堿基,如AA或GG,重復的堿基會導致DNA合成和測序過程中更高的錯誤率。

文件被分為多個部分,每個部分都用索引代碼的書擋分隔,索引中包括某堿基應歸屬哪個文件以及某一文件的哪個部分---就像一本書上的頁碼和標題相類似。

編碼軟件同樣保證了一定的余量。文件的每一部分都由四種不同的片段所代表,所以即便出現了幾處退化,也很容易修復數據。

研究人員正與加州大學圣克拉拉分校的 Agilent Technologies合作,對DNA片段進行合成,然后展示出他們能夠對其測序,并將文件精確地重建。這一成果發表在昨天的《自然》雜志上。

高德曼的團隊估計,目前用DNA進行數據編碼的成本為12400美元/MB,讀回原數據還要再加220美元/MB。高德曼表示,如果DNA合成的費用如預期般地在未來十年內下降兩個數量級,那么DNA數據存儲的成本不久就會低于磁帶存儲。

位于北卡羅萊納州達勒姆的半導體研究公司負責存儲技術的程序主管維克多-日爾諾夫(Victor Zhirnov)說,因為目前的成本太高,所以DNA數據存儲可能會最先用于存儲不頻繁訪問的數據檔案上。在前景的展望上,他表示,將出現一種“更富侵略性的技術”來取代閃存。閃存是一種用于便攜電子設備上的不易丟失數據的存儲技術,產量已經達到了極限。關鍵是要開發出與DNA存儲相配套的整個硬件系統,而不僅僅是測序機與合成機。

哈佛大學的丘奇表示,他正在努力解決這個問題。他說:“我們能夠持續地逐步提高讀寫DNA的能力,但我想完全跳出這個框架?!蹦壳?,丘奇正在開發能夠直接將視頻和音頻這樣的模擬信號編碼成DNA的系統,從而一次性地消滅傳統電子設備。

*引自:http://www.techreviewchina.com/story/4199.htm
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