还在用硬盘?哈佛都用DNA存储电影了

2017.07.13 09:35:04 来源:凤凰科技 作者:霜叶 ( 条评论 )
 

凤凰科技讯 据《纽约时报》北京时间7月13日报道,1878年,英国摄影师埃德沃德·迈布里奇(Eadweard Muybridge)拍摄了世界上最早的电影之一,画面是一匹飞驰的骏马,他的目的是了解飞奔中的马是否会离开地面。

DNA能存储海量信息

一个多世纪后,这个电影片段与高科技结缘:成为首部被编码在活体细胞DNA中的电影。随着宿主生物体的生长和分裂,这部电影可以被随意访问和无限复制。

顶级学术期刊《自然》周三发表了哈佛医学院研究人员的这一研究成果。这一研究是基因用作海量存储装置潜力的最新和最令人震撼的例子。

科学家已成功地将莎士比亚的全部十四行诗编码到DNA中。哈佛医学院遗传学家、新研究的参与者之一乔治·丘奇(George Church),最近将其编写的图书《再生》(Regenesis)编码到细菌DNA中,并复制了900亿份拷贝。他在接受采访时说,“这创下了图书出版的记录。”

丘奇和参与新研究的其他科学家开始设想,未来这一技术会有更不可思议的应用:对细菌编程,使之依偎到人体细胞,然后记录细胞的一举一动——相当于制作每个细胞的记录片。

当人生病时,医生可以将细菌提取出来,回放人体细胞的记录片。丘奇说,这等同于飞机上的黑匣子——数据可以用于分析事故原因。

丘奇、遗传学家塞斯·希普曼(Seth Shipman)以及他们的同事,开始给迈布里奇拍摄电影的每个像素指定一个DNA编码。每个细胞的DNA链都有4种组成部分——腺嘌呤、鸟嘌呤、胸腺嘧啶和胞嘧啶。

遗传学家最后获得了一个代表整部电影的DNA序列。然后,他们利用基因编辑技术Crispr,把这一DNA序列插入到一种常见肠道细菌的基因中。

虽然基因被修改,这种细菌仍然“茁壮成长”和繁殖。研究团队发现,在细菌的每一代后代中,存储在基因中的电影都“完好如初”。

没有参与这项研究的明尼苏达州大学数学教授安德鲁·奥德里兹科(Andrew Odlyzko),称这一研究“令人着迷”。

著名物理学家理查德·费曼(Richard Feynman)半个世纪前就提出,DNA可能用于存储信息。

南加州大学数学家伦纳德·阿德曼(Leonard Adleman)表示,费曼的想法“具有开创性——给我们指明了方向”。

阿德曼1994年就发表报告称,他把数据存储在DNA中,把DNA当计算机使用,解出了一道数学题。他认为,DNA存储的数据量,是相同大小光盘的1万亿倍。

数据存储正在日趋成为一个大问题,原因不仅仅是生成的信息量在不断增长,用于存储数据的技术也在不断被淘汰,例如软盘。

DNA从来都不会过时,阿德曼说,“数十亿年来,生物体一直在DNA中存储信息,这些信息仍然可以读取出来。”他指出,细菌能读取从数百万年前琥珀里边昆虫中恢复的基因数据。

对于希普曼和丘奇来说,最近的挑战是大脑。大脑包含860亿个神经细胞,要了解它们的状态并非易事。

丘奇说,“目前,我们能用电极一次监测一个神经细胞,但大脑中放不下860亿个电极”,但是,基因工程细菌“非常适合解决这类问题”。

他们的想法是,使细菌作为记录设备随同血液到大脑中,记录一段时间的信息。科学家可以提取出细菌,通过它们的DNA了解大脑神经细胞的情况。

丘奇表示,虽然这些都是未来的创意,但生物学家取得进展的速度快于人们的想象。他以人类基因测序为例进行了说明,第一次人类基因测试历时数年,耗资30亿美元。当时最大胆的预测是,60年内每次测序成本将降低到1000美元,“事实上,仅仅6年而非60年,基因测序成本就降低到了1000美元”。 (编译/霜叶)

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