一種新的 DNA 打印技術(shù)可能會(huì)徹底改變我們存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的方式

盡管電子數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)可以高效，但它們在大自然自己的版本中什么都沒有——脫氧核糖核酸.一種將數(shù)據(jù)寫入 DNA 的新技術(shù)就像一臺印刷機(jī)，它變得足夠簡單，任何人都可以做到。

將數(shù)據(jù)寫入 DNA 通常涉及一次合成一個(gè)字母的鏈，就像將珠子穿到繩子上一樣。這顯然是一個(gè)非常緩慢的過程，尤其是當(dāng)給定的 DNA 序列中可能有數(shù)十億個(gè)這樣的字母或堿基時(shí)。

但是新的DNA印刷機(jī)大大加快了這個(gè)過程。該團(tuán)隊(duì)制作了一套 700 塊 DNA 磚塊，每塊包含 24 個(gè)堿基，其工作方式類似于活字作品。這些可以按所需的順序排列，然后用于將其數(shù)據(jù)“打印”到 DNA 模板鏈上。

這款印刷機(jī)不是一次寫入一個(gè)位，而是每個(gè)反應(yīng)同時(shí)將其速度提高到 350 位。

為了簡化這一過程，數(shù)據(jù)沒有被編碼成 DNA 中通常的 GCAT 字母，而是二進(jìn)制代碼中熟悉的 1 和 0。在這種情況下，化學(xué)標(biāo)記附著在一些 DNA 塊上，但其他 DNA 塊沒有——有標(biāo)記的代表 1，沒有標(biāo)記的代表 0。

團(tuán)隊(duì)測試技術(shù)通過存儲(chǔ)圖像，包括中國古代老虎的 16,833 位，以及一張由超過 252,500 位組成的熊貓照片。經(jīng)過一些調(diào)整，可以使用標(biāo)準(zhǔn) DNA 讀取方法恢復(fù) 100% 的數(shù)據(jù)。

為了展示它的使用有多么簡單，該團(tuán)隊(duì)運(yùn)行了一個(gè)實(shí)驗(yàn)有 60 人。參與者使用一個(gè)名為 iDNAdrive 的軟件平臺對他們選擇的文本片段進(jìn)行編碼，總計(jì)約 5,000 位。數(shù)據(jù)成功讀回，準(zhǔn)確率達(dá)到 98.58%。

的吸引力DNA 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)很清楚。首先，它的密度非常大——據(jù)估計(jì)，您可以存儲(chǔ)超過100 億 GB的數(shù)據(jù)僅需 1 厘米³的 DNA。更好的是，在適當(dāng)?shù)臈l件下存儲(chǔ)這些數(shù)據(jù)可以持續(xù)數(shù)千甚至數(shù)百萬年，使其成為一個(gè)很棒的檔案系統(tǒng)。

從 DNA 中讀取數(shù)據(jù)相對較快，但寫入是瓶頸。古代的文本也是如此，因此這項(xiàng)新研究的研究人員應(yīng)用了類似的解決方案。

活字印刷術(shù)的發(fā)明使第一批大規(guī)模生產(chǎn)的文本成為可能。他們自己的小郵票上的單個(gè)字符可以排列成大塊，以便快速打印許多副本。分子活字法的靈感來自我們自己的細(xì)胞存儲(chǔ)和處理數(shù)據(jù)的方式。

您身體中的每個(gè)細(xì)胞都包含您的完整基因組。區(qū)分各種組織中細(xì)胞的是一層額外的信息，稱為表觀基因組.附帶的化學(xué)標(biāo)記表明需要打開或關(guān)閉哪些基因才能讓細(xì)胞發(fā)揮不同的作用。

換句話說，如果你的身體是一家公司，每個(gè)員工都會(huì)得到相同的手冊，但不同的部門——大腦、肝臟、皮膚等——會(huì)突出顯示不同的章節(jié)，因此細(xì)胞知道他們完成工作所需的具體信息。

對于新的DNA印刷機(jī)，這些標(biāo)記物或甲基保存正在寫入和讀回的信息。DNA 磚是活字片段，空白 DNA 模板鏈?zhǔn)羌垺?/p>

當(dāng)需要某個(gè)序列時(shí)，選擇相應(yīng)的積木并使用模板放置在解決方案中。到達(dá)那里后，磚塊與 DNA 模板上的特定區(qū)域結(jié)合。

最后是墨水。酶將磚塊中的所有甲基復(fù)制到 DNA 模板的每個(gè)部分。稍后，一個(gè)納米孔測序然后，Device 可以讀出 1 和 0 的模式以重新創(chuàng)建存儲(chǔ)的數(shù)字文件。

因?yàn)檫@些磚塊在模板 DNA 鏈上自組裝，所以大量寫入同時(shí)發(fā)生，而不是一點(diǎn)一點(diǎn)地發(fā)生。加快這一過程，并使其可供非科學(xué)家訪問，可以幫助 DNA 成為一種可行的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)。

該論文發(fā)表在雜志上自然界.

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