大腸桿菌DNA能做什麼？存儲全八季《權力的遊戲》

左為原始圖像，右為從基因中提取的圖像。圖片來源/wired.com

人類對大腸桿菌基因組的研究已足夠充分，可以輕易編輯大腸桿菌的基因組為我們生產胰島素、抗生素、生物燃料等。但此前，我們從來沒有想過大腸桿菌的DNA還可以被作為硬碟使用。

哈佛大學遺傳學家George Church和他的團隊把這件事變成了現實。最近，他們的團隊在頂級學術期刊《自然》中發表了研究文章。他們使用基因編輯系統CRISPR-CAS9將GIF動畫圖片植入活著的大腸桿菌基因組中。

在這項研究中，研究人員將圖像中的單個像素轉換為構建DNA的基本單元--核苷酸。他們將GIF圖像以5幀的格式載入到活細菌中。

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左為原始圖像，右為細菌DNA還原的圖像。該圖是運動攝影的開創者埃德沃德·邁布里奇拍攝的奔跑的馬，這是電影史上一個經典的開端。

這張GIF動態圖只有五幀，每一幀為36x26的黑白像素，是一名騎手在飛馳的馬上馳騁。

細菌經過多代的繁殖後，研究人員能夠通過測序細菌的DNA來提取數據。通過讀取像素核苷酸代碼，科研人員可以獲取90％圖片信息來重構動態圖片。

如果用DNA來存儲信息的話，能夠存儲多少內容呢？基本上，我們電腦里全部的照片、音樂還有收藏的各國好劇都能被存儲到一個肉眼都看不到的小分子上，還能有剩餘的空間。

這樣的存儲方式還特別安全。DNA是一種緊湊且持久的存儲信息的方式。如果在乾燥且低溫的環境中，DNA可以完好的保存數據至少10萬年。一些幾千甚至幾十萬年前的DNA仍然可以在實驗室中提取和測序。

把DNA作為儲存介質並非首次嘗試，科學家們對它其實覬覦已久。DNA作為儲存介質有很多優點：體積小，一個鹼基只有幾個原子大小，人們以此為基礎進行數據存儲，整體的體積將大大領先於傳統硬碟。密度大，一個DNA片段就含有無數個鹼基；穩定性強，相比於其他需要低溫、真空保存的存儲介質，DNA可以在不苛刻的條件下保存上百年。

得益於微流體技術的發展，合成、排列DNA成為了一項較為簡單方便的工作。在此之前，人類基因組計劃（Human Genome Project）為了研究一個含有30億對鹼基的人類DNA組要耗費數年的時間。

目前，使用DNA進行存儲的大部分研究利用了人工合成的DNA。將數碼信息編碼至活體細胞比編碼到人工合成DNA更加複雜，因為活細胞會不斷移動，變化，分裂和死亡。但是，哥倫比亞大學的計算機科學家和生物學家認為，把數據存儲到活細胞（比如細菌）中將受到更好的保護。因為一些細菌在核爆炸，輻射暴露或極高溫度後仍然會保持活性。

除了直接用做「生物硬碟」，Church實驗室的科研人員還計劃將利用這項技術製作「生物感測器」，讓細胞內的基因組對細胞內或細胞周圍的環境發生的各種事情進行編碼。這樣，人類就可以更加有效的探索微觀環境。比如把他們植入人類腦部，腦部的細胞就可以記錄神經突觸的活性。這樣，就可以精確的告訴科研人員神經細胞之前是如何交流的。

雖然這種技術短期內不會被普及， 但現有研究成果可以證明，它是一個很有價值的研究工具。或許有一天，我們家的相冊就會被備份在一個小小的大腸桿菌裡面。

（本文首發鈦媒體，譯者王昊綜合自wired、technologyreview。）

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