數據存儲革命：科學家提升DNA 信息存儲容量，可存儲海量數據

技術的未來不僅僅包括提高原始處理能力，還包括數據存儲能力的提升。我們生活在數據大爆炸的時代，每天都會有大量的數據產生，數據存儲已經成為一個嚴重的問題。正如處理器多年來以新的、令人興奮的方式發展一樣，數據存儲領域也取得了很大進展，但目前的存儲方法不僅效率低下，可行限度較低，而且在物理空間和能源消耗方面的要求也非常苛刻。從目前情況來看，存儲數據的載體並不會持續減小，很多人為海量數據的存儲感到擔憂。

值得慶幸的是，科學家們已經想出了一個解決方案：將數據存儲在 DNA 中，以此解決困擾人類多年的上述問題。最新一期Nature Biotechnology發表了一篇重磅文章，由華盛頓大學（University of Washington）和微軟研究院（Microsoft Research）的科學家合作，將DNA存儲數據的容量提升到人類前所未有的新水平，為解決人類巨量大數據困擾提供了新思路。

研究人員開發的新存儲方法可以使用細菌在一克 DNA 中存儲多達 1ZB 的數據。

什麼是ZB？

ZB，Zettabyte，十萬億億位元組，澤位元組。根據美國這方面的權威IDC以及EMC公司的調查，2017年，全世界的數據總量是16ZB，而到了2020年，全世界的數據總量將達到44ZB。而全球最大的雲存儲公司：亞馬遜Amazon的數據存儲中心的硬碟數量也只夠存儲到EB（Exabyte，百億億位元組，艾位元組）級別的數據，而1ZB=1024EB，44ZB就等於45056EB，按照這個數據量，到2020年，全球的數據量需要現在的四萬五千個亞馬遜公司！也就是說僅僅需要一公斤的DNA就可以存儲下全世界的數據！

多種存儲介質比較，存儲全世界的數據僅需要1公斤DNA，就像一袋子洗衣粉大小（圖片來自Nature）

如何利用DNA來存儲數據呢？

WIT 電信軟體和系統集團研究部主任 Sasitharan Balasubramaniam 博士表示，我們研究的 DNA 就像細胞本身的軟體，保存著細胞功能的各種代碼，因此，我們可以將DNA看作我們自身數據的存儲介質。在這種情況下，我們所做的就是將信息轉換為數字數據，將其轉換成核苷酸，然後用DNA來存儲信息。

其中一種DNA編碼存儲的原理示意圖，首先把英文字母轉變成對應的0和1，然後把0和1轉變成鹼基A、T、C、G，具體而言，0可以用鹼基a或者鹼基c表示，而1可以用鹼基G或者鹼基T表示；編碼的時候合成序列，解碼的時候測序解讀（圖片來自Science）

該技術使用被稱為質粒的雙重應變 DNA 分子編碼存儲在大腸桿菌 Novablue 菌株中的數據。Novablue 菌株具有固定位置，使其可用於數據儲存，並且可以通過釋放大腸桿菌中的移動 HB101 菌株來轉移數據，該菌株可通過接合過程提取數據。

雖然目前設計的方法非常昂貴，但隨著時間的推移，成本應該會降低，此外，該方法的速度也很慢。目前數據檢索需要三天時間，但研究人員認為該過程應該可以大大加快。

我們正在談論的數據傳輸，就是讓細胞為我們從 A 點帶 DNA到 B 點，這關係到它們的遊動速度。WIT 分子生物學講師 Lee Coffey 博士表示，就不同細菌和細胞之間 DNA 的轉移而言，這種反應每秒可發生在數以百萬計的細胞中。但是如果我們將其降低到微流控的範圍，那麼該數據轉移的發生級別為毫秒數，研究前景非常管擴，此外，該研究還應關注穩定性和安全性問題。

來源：整合自網路

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