我们人体的所有信息都由DNA编码组成。你可曾想过,DNA能够像U盘一样存储信息?美国《科学》杂志近日发布的一项研究显示,一克DNA的储存容量相当于约20万台电脑!具体容量约为200 PB(20万兆)。这是因为DNA具有密度大、稳固耐用的特点。专家指出,当今时代信息爆炸,只要解决了成本问题,那么DNA储存技术的市场空间将无可限量。
DNA存储技术:并非首创
其实DNA储存技术早已有人在做了。2012年,哈佛大学研究人员用DNA储存了一本五万字的图书。欧洲生物信息研究所(European Bioinformatics Institute )也在DNA储存了莎士比亚的十四行诗以及马丁·路德·金的演讲《我有一个梦想》的录音带。
突破性进展:存储效率大幅提升
尽管不是首创,但是,这项DNA存储技术目前迎来了重大突破。研究员Erlich是该研究报告的作者之一,他表示:这是因为运用了一种编码技术,能让DNA存储效率提升60%,还能有效减小DNA存储过程中的出错率。他在美国哥伦比亚大学担任计算机科学系教授,同时也是纽约基因组中心(New York Genome Center)的核心成员。
“把数据输入DNA只需要不到一秒钟。DNA说白了只不过是四种核苷酸(nucleotides)排列组合的结果。我们只需要把这些核苷酸和数据一一对应。”
研究员Erlich说,一旦掌握了编码方法,或者找到了符合编排或数据输入要求的DNA,那接下来的工作就很轻松了。这是因为,可以由企业来负责DNA的实际制造过程。
独特魅力
“这么做,是为了激发人们的想象力吗?没错!就是想让人们感受到科学有趣的一面!”
DNA具有密度大、稳定性高的优势,因此DNA储存技术仍然比新兴的同类技术更让科学家着迷。研究员Kosuri说:“DNA储存技术所涉及的难度,相当于把单个原子放在一个物体表面。” 他指的是IBM公司,该公司曾在1989成功用35个氙原子拼出了“IBM”的字样。
他说:“排列原子也不是不可能的事,但必须要运用极高的成像技术,在接近于绝对零度的真空状态下才能完成。这就涉及到核心技术了。相比之下,我们的DNA技术要比它更实用,虽然在存储方面肯定没有软盘或U盘那么实用。”
DNA还可以储存3D影像。虽然全息存储(holography memory)和赛道储存(racetrack memory )技术也可以做到,但是研究员Kosuri说,DNA技术能储存的密度比它们要高得多。
克服技术难点
但是,DNA的合成过程是非常艰辛的。研究员Kosuri表示:“难就难在,DNA合成过程中,约有5%的时间,会损失掉随机合成的一个DNA。而且,不仅合成困难,就连读取DNA也是一个问题。如果有一种编码技术能够避免这种损失,那么DNA存储技术就会变得简单得多,也利索得多。”
美国《科学》杂志发布的这项研究,的确实现了这种编码技术。研究员Kosuri表示,这项技术可以让DNA合成过程中出现的失误容易让人接受。这要归功于一种特殊的编码技术,而用这项技术传送数字信息,通常能够适应连接中断的情况发生,比如在智能手机上播放Youtube视频。Erlich表示,这就意味着,这种编码技术能够处理那些比研究中使用的DNA质量低得多的DNA。
研究员Kosuri没有参与该项研究,但他是上述2012年哈佛大学研究报告的第一作者,如今是加利福尼亚大学洛杉矶分校(UCLA)的一名生物化学教授。
苏黎世联邦理工学院化学工程师Grass也参与了这项研究,他表示,研究团队成功地在DNA中存储并且恢复了一个操作系统,是个“优雅的成就”。他还说:“我每天都在‘使用’DNA,所以我明白这项工程必须要万无一失。” Erlich表示,他们是故意把那个操作系统放进DNA的。”如果不把文件完美地恢复,那么就可能会损毁某些内容。但我们就是要证明我们不怕把这种可能会损毁的内容放进DNA。”
Kosuri也同意这种方法十分高效:“我认为他们采用了正确的实验测试算法。他们选对了算法,而且看起来很奏效。”
成本巨大
在化学工程师Grass看来,合成DNA的成本比编排DNA的成本还要大。他说:“虽然编排DNA的成本太高,无法实际应用,不过现在有了纳米微孔 (nanopore) 插入计算机进行DNA编排的技术,所以它的成本越来越小了。但是,合成DNA的成本仍然十分之高。”
研究员Kosuri也表示:“DNA储存技术规模化应用的唯一阻碍就是,它的成本实在是太高了。关于编码、编码的工作方式以及这种编码是否可靠等种种问题,我们的研究报告都一一解答了。但是,唯独成本问题,是我们目前解决不了的。”
Grass认为,要想让DNA能够储存信息长达数百年之久,就必须要采用另外一些手段把DNA固定住。他解释道,基因物质可以在动物骨头和动植物化石中固定保存,但是自由DNA却不一样,具有不稳定性。如果把它放在实验室,一年以后里面的信息就会开始损毁了。
前景:依然明朗
研究员Kosuri已经不再从事DNA储存技术研究,但是他本人对这项技术的发展还是持乐观态度。他说:“上百万倍的成本听起来很吓人,但是在过去的15年,我们已经把成本缩小为原来的上百万分之一了。现在,不仅仅是编排DNA,就连合成DNA的成本也已经有所下降。”
研究员Erlich憧憬在未来,有人可以发明一种“专门用于DNA存储的工序,方便我们快速合成劣质DNA”,从而减少成本。他说:“我们可以质量参差不齐的DNA先提取出来,然后再根据编码方式来逐步对其进行纠正。这是我们未来的研究方向”
目前的研究是一个良好的开端。研究员已经在DNA存储了许多内容,它们能灵敏地减少存储错误,其中包括:一个操作系统、一个电脑病毒、一张价值50美元的亚马逊礼品购物卡、1895年于法国上映的世界上第一部电影《火车到站》(Arrival of a train at La Ciotat)、航天飞行器“先驱者”(Pionner)的一块载有人类讯息的镀金铝板以及美国数学家、信息论的创始人克劳德·艾尔伍德·香农(Claude Elwood Shannon)于1948年发表的一篇研究报告。
研究员Erlich说:“有人问我,‘你怎么能够把视频存进DNA呢?’ 这也是我要向我6岁小儿子解释的问题。”
来源:36Kr 作者:Eddie
为你推荐
资讯 诺和诺德:司美格鲁肽“保护期”将持续至2027年4月
近日,诺和诺德全球总裁兼首席执行官杜麦克(Mike Doustdar)首度明确表态:司美格鲁肽在中国的监管数据保护将持续至2027年第二季度,届时仿制药才能开始合法进入市场。
2026-06-21 13:42
资讯 取保候审,博瑞医药实控人涉嫌操纵证券市场案
6月18日晚间,博瑞医药发布公告,公司于2026年6月18日收到公司实际控制人袁建栋先生通知,因涉嫌操纵证券市场案,根据《中华人民共和国刑事诉讼法》相关规定,苏州市公安局对袁...
2026-06-21 13:05
资讯 第四批全国中成药集采与第二批接续采购中选结果
近日,全国中成药联合采购办公室正式发布《关于公布全国中成药采购联盟集中采购中选结果的通知》,备受业界关注的第四批全国中成药集中带量采购及第二批接续采购中选结果尘埃落定。
2026-06-20 21:08
资讯 又是一个父亲节,关注和做好前列腺癌早期筛查
前列腺癌被称为中老年男性的隐形杀手——隐形在于早期几乎没有症状,杀手则在于部分恶性程度高的前列腺癌进展迅速,一旦发生转移,预后显著变差。
2026-06-19 14:59
资讯 低活跃预测不等于低风险,台风、飓风、强降雨和洪涝企业应做好哪些应对?
随着北半球夏季极端天气高发期到来,台风、飓风、强降雨和洪涝等风暴相关风险进入重点关注阶段。世界领先的健康和安全风险服务企业国际SOS提醒在全球运营的企业:风暴季准备的关...
2026-06-18 21:41
资讯 药石科技发布“绿色智能化学引擎”战略,强化下一代疗法CRDMO平台能力
CPHI China 2026期间,南京药石科技股份有限公司(股票代码:300725 SZ,以下简称“药石科技”)在上海举行集团战略发布会
2026-06-18 13:49
资讯 因美纳在华推出移动式生信分析解决方案,推进蛋白质组学生态合作
近日,因美纳正式推出“因美纳生信移动宝”,该生信分析解决方案采用移动式部署模式,旨在将DRAGEN™驱动的高性能算力直接送达科研与临床研究一线。同期,因美纳进一步强化其在...
2026-06-18 09:55
资讯 治疗早泄药物国内获批
6月15日,国家药监局药品批准证明文件送达信息显示,Plethora Solutions 和复星医药(600196 SH;02196 HK)联合申报的 5 1 类药物利多卡因丙胺卡因气雾剂获批上市,此为...
2026-06-17 21:36
资讯 武田制药公布Oveporexton新关键性研究数据
在第40届美国联合专业睡眠学会年会(SLEEP 2026)上公布的3期研究次要及探索性终点结果进一步显示,Oveporexton在广泛的日间及夜间症状方面带来改善
2026-06-16 12:58
资讯 兆科眼科硫酸阿托品滴眼液澳洲上市注册申请获受理
6月15日,兆科眼科发布公告称,公司就其用于减慢儿童近视加深疗法的硫酸阿托品滴眼液(0 02%剂量,产品代码:NVK002)提出的注册申请已获澳洲Therapeutic Goods Administrati...
2026-06-16 10:53
资讯 和铂医药和百图生科宣布联合成立AI医药公司
6月15日,和铂医药和百图生科联合宣布,双方将建立全面战略合作伙伴关系,联合创立一家面向全球市场的新型AI管线研发公司MegaStream Techbio。
2026-06-16 10:25
资讯 陪审团认定安进故意侵权,和铂医药最高可获6060万美元赔偿
今日,和铂医药(02142 HK)发布公告,美国特拉华州联邦地区法院的陪审团就和铂医药针对安进公司(Amgen Inc )及其子公司Teneobio, Inc (以下合称“安进”)提起的专利侵...
2026-06-15 21:28
资讯 年内创新药上市企业最大回购计划
港股上述企业,中国生物制药(正大天晴为其旗下公司)今日发布公告,2026年6月12日,公司董事会决议通过一项股份购买计划,将视市场情况于未来12个月以不超过20亿港元总价在公开...
2026-06-15 15:56








