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

“和合共生,健康共护”四价HPV疫苗男性适应证上市暨“HPV男女共防计划”启动新闻发布会成功举办,共筑HPV预防新生态资讯

“和合共生,健康共护”四价HPV疫苗男性适应证上市暨“HPV男女共防计划”启动新闻发布会成功举办,共筑HPV预防新生态

今日(1月18日),默沙东(默沙东是美国新泽西州罗威市默克公司的公司商号)举办的“和合共生,健康共护”四价HPV(人乳头瘤病毒)疫苗男性适应证上市暨“HPV男女共防计划”启动...

2025-01-18 18:31

四同药品价格治理已基本实现,正建设全国挂网药品价格一览表资讯

四同药品价格治理已基本实现,正建设全国挂网药品价格一览表

目前,我们正在建设全国挂网药品价格一览表,全量汇总展示各地挂网价格信息并对首涨、高涨幅等异常价格行为予以标识,敦促各地持续纠正不合理的挂网高价。

2025-01-18 12:15

关于丙类药品目录,国家医保局最新的思考与规划,2025年发布第一版资讯

关于丙类药品目录,国家医保局最新的思考与规划,2025年发布第一版

丙类目录与每年的基本医保药品目录调整同步开展,计划于今年年内发布第一版。

2025-01-18 11:34

2025年全国80%左右医保统筹地区基本实现即时结算,2026年底全部实现即时结算资讯

2025年全国80%左右医保统筹地区基本实现即时结算,2026年底全部实现即时结算

1月16日,国家医疗保障局办公室正式对外发布《关于推进基本医保基金即时结算改革的通知》。根据通知,以全国统一的医保信息平台为支撑,2025年全国80%左右统筹地区基本实现即时...

2025-01-18 11:20

2024年底,60岁及以上人口3.1亿,占全国人口的22.0%资讯

2024年底,60岁及以上人口3.1亿,占全国人口的22.0%

年末全国人口(包括31个省、自治区、直辖市和现役军人的人口,不包括居住在31个省、自治区、直辖市的港澳台居民和外籍人员)140828万人,比上年末减少139万人。全年出生人口954...

2025-01-17 14:56

赛诺菲荣膺“杰出雇主2025”桂冠,连续五年傲立榜首资讯

赛诺菲荣膺“杰出雇主2025”桂冠,连续五年傲立榜首

作为10多年来首个且唯一连续五年荣获此殊荣的企业,赛诺菲再次彰显了其在企业文化、人才战略、多元发展及员工培养等方面的卓越成就。

2025-01-17 11:02

又一款国产三代EGFR-TKI抑制剂获批上市资讯

又一款国产三代EGFR-TKI抑制剂获批上市

昨日(1月16日),据国家药监局官网显示,奥赛康药业的1类创新药利厄替尼片(limertinib ASK120067,商品名:奥壹新)获批上市,用于治疗既往接受表皮生长因子受体酪氨酸激酶抑制...

2025-01-17 10:31

增辉生命,默沙东中国再度荣膺“中国杰出雇主”资讯

增辉生命,默沙东中国再度荣膺“中国杰出雇主”

1月16日,由全球权威的杰出雇主调研机构(Top Employers Institute)颁布的“杰出雇主2025”榜单正式揭晓

2025-01-16 22:48

CDE:放射性治疗药物申报上市临床风险管理计划技术指导原则资讯

CDE:放射性治疗药物申报上市临床风险管理计划技术指导原则

本指导原则将针对上市后临床风险管理计划、说明书中安全性相关内容、 患者指导手册的撰写提供具体指导意见。

2025-01-16 20:41

全球首款狂犬病双抗药物国内申报上市资讯

全球首款狂犬病双抗药物国内申报上市

日前,据国家药监局药审中心网站显示,智翔金泰的1类新药斯乐韦米单抗在国内申报上市。

2025-01-15 17:02

国家市场监督管理总局发布《医药企业防范商业贿赂风险合规指引》资讯

国家市场监督管理总局发布《医药企业防范商业贿赂风险合规指引》

本指引所称的商业贿赂, 是指采用财物或者其他手段贿赂交易相对方的工作人员、 受交易相对方委托办理相关事务的单位或者个人、 利用职权或者影响力影响交易的单位或者个人,...

2025-01-14 23:38

阿斯利康与宜联生物达成临床研究合作,共同探索联合治疗创新方案资讯

阿斯利康与宜联生物达成临床研究合作,共同探索联合治疗创新方案

双方将共同启动一项多中心、开放性、I Ib期研究,旨在评估两款药物联合治疗在实体肿瘤患者中的安全性、有效性和药代动力学。

2025-01-14 18:36

医疗科技国际化之路:新加坡如何提供全链条支持?资讯

医疗科技国际化之路:新加坡如何提供全链条支持?

随着中国医疗科技领域的快速发展,越来越多的企业具备了国际化发展的能力,正在“走出去”开辟新的市场。

2025-01-14 15:56

NVIDIA与多家行业顶尖机构达成深度合作,共促医疗健康产业蓬勃发展资讯

NVIDIA与多家行业顶尖机构达成深度合作,共促医疗健康产业蓬勃发展

在日前举办的摩根大通医疗健康大会上,NVIDIA 宣布与多家行业领先机构达成合作,这类新的合作旨在通过加速药物发现、提升基因组研究,以及利用代理式和生成式 AI 开创先进医...

2025-01-14 13:26

老牌上市药企终止PD-1项目,计提资产减值准备1.75亿元资讯

老牌上市药企终止PD-1项目,计提资产减值准备1.75亿元

近日,丽珠医药集团发布公告称,对公司及下属子公司截至2024年12月31日合并报表范围内存在减值迹象的资产进行了减值测试,并对其中存在减值迹象的资产相应计提了减值准备。

2025-01-14 10:13

尊享e生2025升级:首次全场景放开外购药械,医院药品覆盖数量再增资讯

尊享e生2025升级:首次全场景放开外购药械,医院药品覆盖数量再增

1月13日,众安保险举办“与10光,共生长”尊享e生十周年产品升级发布会,正式发布尊享e生2025版,并推出众安健康险未来将主打的两大产品系列——面向健康人群的“尊享系列”,以...

2025-01-13 20:17

PLA材料的医美应用:安全与效果的双重考验资讯

PLA材料的医美应用:安全与效果的双重考验

聚乳酸PLA,作为医美行业面部填充剂历经了3个时代大约20多年的发展,大体可分为1 0、2 0、3 0三个不同的时代;即1 0-结晶片状;2 0-普遍表面粗糙的多孔微球或实心微球;3 ...

2025-01-13 19:53

国家医保局:开展2025年定点医药机构违法违规使用医保基金自查自纠工作,肿瘤类、重症医学类、麻醉类、零售药店典型问题清单资讯

国家医保局:开展2025年定点医药机构违法违规使用医保基金自查自纠工作,肿瘤类、重症医学类、麻醉类、零售药店典型问题清单

2025年3月底前,各级医保部门根据本地化问题清单,对辖区内所有定点医疗机构和定点零售药店2023-2024年医保基金使用情况开展自查自纠。2025年4月起,国家医保局将对全国定点医药...

2025-01-13 17:32

全球首个超长效PCSK9单抗获批上市资讯

全球首个超长效PCSK9单抗获批上市

瑞卡西单抗注射间隔可长达8周,突破了目前国内外已获批的PCSK9单抗需要每2周、4周或6周的注射频次。

2025-01-13 13:17

好大夫正式牵手蚂蚁集团,共同推进“AI+医疗”创新资讯

好大夫正式牵手蚂蚁集团,共同推进“AI+医疗”创新

蚂蚁集团收购好大夫在线尘埃落定。1月11日,在2025年好大夫峰会上,双方在收购完成后首度携手亮相。好大夫在线创始人王航现场表示,共同的使命和愿景让双方走到了一起,后续好大...

2025-01-11 18:05