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华大与微软研究员创造DNA数据存储新纪录
华大与微软研究员创造DNA数据存储新纪录
来源:西雅图在线 | 作者:杰克 | 2016/7/7 9:10:30 | 浏览:2147 | 评论:0
华大和微软的计算机科学家和电子工程师7日表示,他们已经成功地在合成DNA分子上编码及解码了200MB(兆字节)的数据,这些数据包括OK Go摇滚乐队的高清音乐视频、被译成100多种语言的《世界人权宣言》、数字图书馆“古腾堡工程”排名前100位的电子书、以及全球作物多样性信托基金的种子数据库等。研究院表示,这打破了先前在DNA分子上编码及解码22MB数据的纪录。

华大计算机科学及工程系副教授、项目首席研究员路易斯·西泽博士(Luis Ceze, Ph.D.)说:“这个实例说明我们能以非常不同的方式,即用硅之外的材料制造计算机。

在自然界,DNA携带了引导生物发育与生命机能运作的遗传指令,是建构细胞内其他的化合物(如蛋白质与RNA)所需。而在技术领域,这个大密度分子可变为功能强大的存储及归档辅助工具,存储照片、视频和其他数字信息。

这一项目的微软首席研究员卡琳·斯特劳斯(Karin Strauss)表示,华大实验室内展示的DNA存储器理论上可以在约1立方寸的DNA材料中存储1EB(艾字节,即10亿GB)的数据。以常规方法存储如此之多的数据需要建立一座仓库大小的数据中心。

斯特劳斯说:“我们的目标是建造系统以表现出那是可能的。”

DNA还有一大优势,那就是非常经久耐用。研究员说,硬盘或U盘会在几年内失去作用。磁带能继续存在几十年,DVD和其他光盘可以继续存在约一个世纪。

西泽说,在合适的条件下,在DNA中编码的数据在数千年内都能被读取。他说:“它是‘最终的备份’,它的密度非常大,而且很耐用。”

为了将数字数据存储进DNA分子,研究员首先将数据编译为组成DNA分子的四种核苷酸碱基——腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)和胸腺嘧啶(T)。再由合作机构“扭曲生物科学公司”(Twist Bioscience)将这些碱基进行编译并制造成DNA分子,再送回实验室。在DNA分子制造完成后,它们会被放入试管内并被作脱水处理。在避光及防热存储的情况下,这些数据可以被保存很长时间。接下来,华大的研究员会将样本作再水化处理,并解码为碱基。在发现存储了数据的DNA片段后,科学家在样本内加入酶,并将其加热和冷却到特定温度,让那些DNA片段进行自我复制。最后,DNA定序器会对DNA结构进行读取,研究员将其重新编译成数据。

像微软、亚马逊、谷歌和脸书这样的科技巨头都发现,建造大型数据中心存储大量的照片、视频和在线服务用户的数据,是非常昂贵的生意。

斯特劳斯说,对于归档任务,比如存储医院的医学影像、或是对于生成很多视频的公司而言,DNA可能是一个理想的解决方案。

华大与微软研究员创造DNA数据存储新纪录

(华大计算机科学及工程系副教授路易斯·西泽博士(穿蓝衣服者)和研究员李·奥根尼克(穿红衣服者)在为DNA存储数字数据做准备,图片来源:华盛顿大学)

华大与微软研究员创造DNA数据存储新纪录

(将DNA变为硬盘的步骤,数据来源:华盛顿大学,图片来源:《西雅图时报》)

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