有了DNA存储技术,我们人体就是“云硬盘

医疗健康 来源:36Kr 作者:Eddie
2017
04/11
16:54
36Kr
作者:Eddie
医疗健康

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

Precisio Biotix获资助开发细菌性阴道病(BV)新型工程裂解酶疗法资讯

Precisio Biotix获资助开发细菌性阴道病(BV)新型工程裂解酶疗法

今日(6月17日),美国生物技术公司Precisio Biotix Therapeutics, Inc (简称Precisio,靶抗生物)今日宣布获得盖茨基金会的资助,用于研发针对细菌性阴道病(BV)相关致病...

2025-06-17 12:50

国家药监局支持创新药发展,拟30个工作日内完成临床试验申请的审评审批资讯

国家药监局支持创新药发展,拟30个工作日内完成临床试验申请的审评审批

纳入创新药临床试验审评审批30日通道的申请,应当为中药、化学药品、生物制品1类创新药。

2025-06-16 22:04

诺和诺德与阿里健康启动战略合作,助力慢病管理数字化升级资讯

诺和诺德与阿里健康启动战略合作,助力慢病管理数字化升级

2025年6月16日,诺和诺德与阿里健康宣布达成战略合作。在国家持续推进“体重管理年”行动的背景下,双方将依托诺和诺德百余年深耕慢病领域的专业经验和创新治疗方案,以及阿里健...

2025-06-16 14:58

治疗阿尔茨海默病国产新药断货与思考资讯

治疗阿尔茨海默病国产新药断货与思考

近日,许多患者家属反映买不到治疗阿尔茨海病的新药甘露特钠胶囊,经过了解,也证实该药在许多医院和药店确实“断货”,作为中国治疗阿尔茨海默病处方量最大的药物之一,也是目...

文/上海市精神卫生中心肖世富 广州医科大学附属第二医院刘军 北京和睦家医院李慧英 2025-06-16 11:35

连续第四年,2025年纠正医药购销领域和医疗服务中不正之风工作要点发布资讯

连续第四年,2025年纠正医药购销领域和医疗服务中不正之风工作要点发布

发挥穿透式审计监督优势,加强医药行业专项审计。打通从原材料采购、药品耗材生产、招标采购的监管通路,将监管重点向生产端覆盖。探索建立药品生产加工到流通使用全过程可追溯...

2025-06-13 22:55

国家卫健委:人间传染的高致病性病原微生物实验活动审批管理办法资讯

国家卫健委:人间传染的高致病性病原微生物实验活动审批管理办法

本办法适用于三级、 四级实验室从事《人间传染的病原微生物目录》 规定的应当在三级、 四级实验室开展的人间传染的高致病性病原微生物或者疑似高致病性病原微生物实验活动的审批。

2025-06-13 22:34

半年融资超2亿元,美创医疗攻克“卡脖子”技术资讯

半年融资超2亿元,美创医疗攻克“卡脖子”技术

此次融资将加速美创医疗在医用植入级ePTFE材料产线建设、创新产品研发及商业化推广上的布局,助推中国高端医疗器械真正实现进口替代。

2025-06-13 13:22

拟再易主,派林生物或变为央企控股企业资讯

拟再易主,派林生物或变为央企控股企业

日前,派林生物发布公告称,中国生物技与派林生物控股股东共青城胜帮英豪投资合伙企业(简称“胜帮英豪”)签署收购框架协议,拟受让后者持有的21 03%股份。若本次交易顺利推进...

2025-06-13 12:43

依视路®星趣控®亮相Vision China 2025,重磅发布依视路®星趣控®2.0镜片资讯

依视路®星趣控®亮相Vision China 2025,重磅发布依视路®星趣控®2.0镜片

在2025年视觉健康创新发展国际会议(Vision China)期间,儿童青少年近视管理品牌依视路®星趣控®重磅发布全“星”一代儿童青少年解决方案——依视路®星趣控®2 0镜片

2025-06-13 11:28

景嘉航完成数千万元天使轮融资,专注新型靶向放射性药物开发资讯

景嘉航完成数千万元天使轮融资,专注新型靶向放射性药物开发

近日,杭州景嘉航生物医药科技有限公司(AB-RayBio Therapeutics,简称“景嘉航”)完成数千万元人民币的天使轮融资,由杭实资管领投,正

2025-06-13 10:53

CDE:已取得药品批准文号的两种或者两种以上具有独立的适应症和用法用量的化学药品,如何申请组合包装?资讯

CDE:已取得药品批准文号的两种或者两种以上具有独立的适应症和用法用量的化学药品,如何申请组合包装?

已取得药品批准文号的两种或者两种以上具有独立的适应症和用法用量的化学药品,如申请组合包装,应通过什么途径提出申请,申报资料有什么要求?

2025-06-12 21:44

赛诺菲加速尼塞韦单抗全球发货,提前数月助力医务工作者应对今年RSV流行季资讯

赛诺菲加速尼塞韦单抗全球发货,提前数月助力医务工作者应对今年RSV流行季

赛诺菲将于2025年第三季度初启动尼塞韦单抗的全球发货工作,以确保在2025-2026年呼吸道合胞病毒流行季来临前,实现广泛供应。

2025-06-12 17:31

瑞辅达医疗完成数千万元B轮融资,加速国产辅助生殖技术创新与全球化布局资讯

瑞辅达医疗完成数千万元B轮融资,加速国产辅助生殖技术创新与全球化布局

由中金资本管理的基金领投,连云港经济技术开发区产业基金跟投

2025-06-12 16:16

因诺惟康完成数千万元A+轮融资,深耕基因递送技术临床转化与平台创新资讯

因诺惟康完成数千万元A+轮融资,深耕基因递送技术临床转化与平台创新

由天创资本领投,新投资人及老股东跟投

2025-06-12 15:51

CDE发布《先进治疗药品的范围、归类和释义(征求意见稿)》资讯

CDE发布《先进治疗药品的范围、归类和释义(征求意见稿)》

本文件所称先进治疗药品,是指符合药品相关管理规定,按照药品的路径进行研制、生产、经营、 使用和监管,且经体外操作生产并在人体内发挥预期功能的细胞治疗药品、基因治疗药...

2025-06-11 22:06

安图生物注销了一控股子公司资讯

安图生物注销了一控股子公司

近日,安图生物发布公告称,公司控股子公司安图莫比已完成注销手续,该公司是安图生物与Mobidiag Oy(以下简称Mobidiag)在6年前成立的合资企业,伴随着注销,如今正式落幕。

2025-06-11 15:25

因美纳发布2024年度企业社会责任报告,持续释放基因组学的力量资讯

因美纳发布2024年度企业社会责任报告,持续释放基因组学的力量

报告重点阐述了因美纳在推动精准医疗更加可及、赋能公众与社群、在业务中践行可持续发展、尽责运营和秉持诚信领导原则等方面的持续努力。

2025-06-11 14:21

破解传统疗法局限,华东医药脂溢性皮炎外用制剂国内III期临床获批资讯

破解传统疗法局限,华东医药脂溢性皮炎外用制剂国内III期临床获批

由中美华东申报的一项评价0 3%罗氟司特泡沫(ZORYVE®)在脂溢性皮炎患者中有效性和安全性的多中心、随机、双盲、赋形剂平行对照的III期临床试验申请获得批准。

2025-06-11 09:57

医药领域有哪些新探索,中办 国办关于深入推进深圳综合改革试点深化改革创新扩大开放的意见资讯

医药领域有哪些新探索,中办 国办关于深入推进深圳综合改革试点深化改革创新扩大开放的意见

深化药品医疗器械审评审批制度改革,提升口岸药品监管和检验检测能力。完善临床急需进口药品、医疗器械使用及监督管理制度,探索将国际新药临床真实世界数据用于进口药品注册上...

2025-06-10 22:13

药明生物启动建设成都微生物商业化生产基地 达成多项商业化生产合作资讯

药明生物启动建设成都微生物商业化生产基地 达成多项商业化生产合作

药明生物在成都温江区正式启动建设微生物商业化生产基地。

2025-06-10 14:29