用DNA实现无错数据存储 | 科学人 | 果壳网 科技有意思
用DNA实现无错数据存储
DNA模型。图片来自网络
用DNA存储数据，这已经不是不可能实现的任务。我们之前为大家介绍过，他们将700TB的数据存进了仅仅1克DNA之中。关于DNA存储的研究也不断地有着新进展，不久前，欧洲分子生物学实验室(EMBL)的研究人员创造了一种新的DNA存储数据方法，通过这种方法，他们克服了DNA存储易出错的问题，并且数据的存储时间可达成百上千年。这个新方法于1月23日在《自然》杂志上发表，文中表示，用这种方法存储1亿小时以上的高分辨率的视频，只需一小杯DNA即可。
现如今，全世界的数字信息量实在是太庞大了，大约有3Zb之多（相当于3*10^23个字节），而且还在不断大量涌入新的数字信息，这是数据存储所面临的一道难题。大容量的硬盘很贵并且需要持续的电力供应，就算是最好的“无电”归档材料，例如磁带，也在几十年内便会降解失效。而这在生命科学领域也成为了一个日益严重的问题，因为大量的数据(包括DNA序列)也是科学记录的重要部分。
“我们都知道DNA是一种很稳定的存储信息的介质，因为我们可以从千万年前的猛犸象的骨头里提取DNA，可见它能保存非常长的时间。”欧洲分子生物学实验室的尼克·高曼（Nick Goldman）解释道，“而且它非常小，密度又非常高，存储起来还不需要任何电力支持，所以运输和保存都很容易。”
尼克·高曼与他合成出来的人工DNA。图片来自EMBL
读取DNA的工作很简单，但是如何准确地写入数据仍然是实现DNA存储的主要障碍。目前研究者主要面临两个困难：第一，使用现在的方法只能制造出一小段DNA；第二，DNA的读写都非常容易出错，尤其是在大量相同的字符被编码进DNA时。而尼克·高曼和同事伊万·伯尼（Ewan Birney）想出了一种方法，克服了上述问题。
“我们只能使用较短的DNA序列来进行编码，但这种编码方式又会产生大量的相同字符串。所以我们就想，干脆就将编码分开成两个方向的若干个重叠的碎片，每个都搭载有索引信息，这样可以显示出每个碎片是属于整个代码的哪一段，这样就设计出了一个不允许重复的编码方法。利用这种方法，数据只有在四个碎片上出现相同的错误才会读取失败，而这种情况又是非常罕见的。”伊万·伯尼说道。
新的方法需要从编码信息中合成DNA，加利福尼亚州的安捷伦科技公司为研究者们提供了合成设备。伊万和尼克将一段经过DNA编码后数据寄给了安捷伦公司，其中包括一个马丁·路德·金《我有一个梦想》演讲的mp3文件，一张欧洲分子生物学实验室的jpg格式照片，一篇开创性论文《核酸的分子结构》的pdf文档，一首莎士比亚十四行诗的txt文件和一份编码的描述文件。
“我们从网上下载了这些文件，然后用它们合成了成百上千段DNA，最终合成得到的东西就像一小团灰尘，”安捷伦公司的艾米丽博士说道。她将样本寄回了实验室，那里的研究者将DNA排序后就可对其进行无错译码。
“我们以分子形式（即DNA）创造出了一种具有高容错能力的编码方式，而且这种存储方式在合适的条件下可以存放一万年，甚至更久，”尼克说道，“只要有人知道这些编码是什么，再有一台可以读取DNA的机器，他们就可以知道其中的内容了。”
虽然还有很多实际问题需要解决，但是DNA的这种高密度和持久性使得它成为一种非常吸引人的存储介质。未来研究者将进一步完善编码方案，探索实际问题，为DNA存储的商业化铺好道路。
文章编译自：ScienceDaily Researchers Make DNA Data Storage a Reality: Every Film and TV Program Ever Created -- In a Teacup
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科幻世界上有篇相关的文章哦，貌似关于上古文明种族吧信息隐藏在一种植物的DNA的故事
要怎么读取出来
咦？不是说DNA的半衰期是521年吗？
咦，DNA怎么保存的？
要是这些DNA被生成生物，那该是多么千奇百怪啊。
问题是怎么读取呀？
引用 的话：要是这些DNA被生成生物，那该是多么千奇百怪啊。或许我们身上的“冗余DNA”，就是一堆以未知方法编码的信息。。。里面存储着征服平行宇宙的黑科技、、、
接口。。。我需要接口
卫生事业管理专业，geek笑点低管理员
这个世界数据量虽大，但是又有多少是需要保存的？大量的新闻也就短期存档，大量的绯闻什么的也就阅后即焚，大量的网络小说火一段时间也就可以删了，实际上，需要保存的还真没多少。
生物信息学硕士
引用 的话：或许我们身上的“冗余DNA”，就是一堆以未知方法编码的信息。。。里面存储着征服平行宇宙的黑科技、、、根据ENCODE项目的结果，过去被认为是垃圾序列的片段绝大部分也具有生物学功能，主要是起表达调控的作用。
引用 的话：这个世界数据量虽大，但是又有多少是需要保存的？大量的新闻也就短期存档，大量的绯闻什么的也就阅后即焚，大量的网络小说火一段时间也就可以删了，实际上，需要保存的还真没多少。这些只是信息量中的很小一部分吧光是需要保存的科研数据就以天文数字计了
卫生事业管理专业，geek笑点低管理员
引用 的话：这些只是信息量中的很小一部分吧光是需要保存的科研数据就以天文数字计了现在科研数据大部分记录的是过程，完成了就很少了。就像著名的E=MC?，如果把这个的验证数据都搞出来，估计一个硬盘爆了。好吧，天文方面的很多，比如观测数据。
对写入和读取都表示完全没法想象如何实现的。
需要一克这么多么人类基因组，30亿碱基对，60亿bit，7.5亿byte，0.75G，也就藏在一个小小的细胞核里
我就想知道数据是怎么存的。。。用4种碱基搞成类似计算机2进制的码？
引用 的话：我就想知道数据是怎么存的。。。用4种碱基搞成类似计算机2进制的码？戳文首那篇哈佛成果的文章里面有介绍~
引用 的话：这个世界数据量虽大，但是又有多少是需要保存的？大量的新闻也就短期存档，大量的绯闻什么的也就阅后即焚，大量的网络小说火一段时间也就可以删了，实际上，需要保存的还真没多少。嗯，但破译出来的DNA信息需要保存。。。
引用 的话：咦？不是说DNA的半衰期是521年吗？是啊……我也正想问这个问题……谁来纠错和解释？
引用 的话：或许我们身上的“冗余DNA”，就是一堆以未知方法编码的信息。。。里面存储着征服平行宇宙的黑科技、、、我说怎么经常有第六感、直觉呢哈。
为什么果壳网不能收藏。。。
引用 的话：或许我们身上的“冗余DNA”，就是一堆以未知方法编码的信息。。。里面存储着征服平行宇宙的黑科技、、、大刘的一篇小说里意淫过那是遗传的记忆
引用 的话：咦？不是说DNA的半衰期是521年吗？+1
引用 的话：或许我们身上的“冗余DNA”，就是一堆以未知方法编码的信息。。。里面存储着征服平行宇宙的黑科技、、、我小时候就经常幻想这个啊
引用 的话：是啊……我也正想问这个问题……谁来纠错和解释？本人小学生 如误解请无视 这个
原文中有一段是这样的根据计算，他们认为 DNA 的半衰期约为 521 年；换言之，每过 521 年脱氧核糖核苷酸之间的化学键就会断裂一半。就算在 -5℃ 的最理想条件下，最多经过 680 万年，这些化学键就会分解得一个不剩。而早在那之前，可能只要 150 万年，这些化学键就已经破碎得完全无法解读了。我想只半衰一两次应该是可以解读的吧,他不是还有地址什么的嘛,既然他说150万年破碎的无法解读,那存1万年应该没问题吧
引用 的话：本人小学生 如误解请无视 这个
原文中有一段是这样的根据计算，他们认为 DNA 的半衰期约为 521 年；换言之，每过 521 年脱氧核糖核苷酸之间的化学键就会断裂一半。就算在 -5℃ 的最理想条件下，最多经过 680 万年，这些化学键就会分解得一个不剩。而早在那之前，可能只要 150 万年，这些化学键就已经破碎得完全无法解读了。我想只半衰一两次应该是可以解读的吧,他不是还有地址什么的嘛,既然他说150万年破碎的无法解读,那存1万年应该没问题吧和磁碟比起来都要好很多。
微生物学博士生
于是每次读取数据都要先测序？随机数据存取怎么办......
表观遗传博士生
引用 的话：是啊……我也正想问这个问题……谁来纠错和解释？保存条件不同。DNA低温冻干以后-80度保存相当稳定
表观遗传博士生
引用 的话：于是每次读取数据都要先测序？随机数据存取怎么办......关键是这个pool里面每段信息是否都有足够多的copy number。。。。想象一下读数据的时候deep sequence 1000x， 死活没找到某关键部分最后免费给了女优一匹马。。
引用 的话：保存条件不同。DNA低温冻干以后-80度保存相当稳定那还是要用电，是吧……
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【求助】【求助】普通试管可以保存唾液用来提DNA吗？
【求助】【求助】普通试管可以保存唾液用来提DNA吗？
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问题已关闭悬赏丁当:5
我们马上要去收集口腔唾液，用来提DNA的。但是目前没有试剂盒，因为合作单位不同意原本的口腔试纸法，而临时改成了收集唾液，而我们要订的试剂盒没这么快到，所以现在我们想先用一般的试管收集唾液，然后等试剂到了再转移。问题是，用一般的试管收集唾液能在常温中保存吗？能保存多久？如果保存在冰箱中，保存在多少度的冰箱中会比较好？可以保存多久？复温后对后期提取DNA会不会有影响？非常着急！！！希望各位帮帮忙！！有没有知道的？在线等回复！！
口腔粘膜科(医学生)
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额，，请问你们是什么单位的啊？
听起来挺神奇的，是提取人的DNA吗？
如果是人的应该是要口腔黏膜表皮吧？ 唾液难道指的是痰吗？
如果是痰那也兴许可以，但是口水貌似挺玄乎啊。。。当然这个方法如果真的可以，那么唾液保存的温度应该是越低越好，液氮？ -80？
应该能保存个把月没问题吧。怕复温有影响可以马上拿出来放在沸水中煮一煮。在方法可行的情况下，用普通试管（高压灭过菌）没有问题。个人浅见，仅供参考哦
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滴夜成露 wrote:额，，请问你们是什么单位的啊？
听起来挺神奇的，是提取人的DNA吗？
如果是人的应该是要口腔黏膜表皮吧？ 唾液难道指的是痰吗？
如果是痰那也兴许可以，但是口水貌似挺玄乎啊。。。当然这个方法如果真的可以，那么唾液保存的温度应该是越低越好，液氮？ -80？
应该能保存个把月没问题吧。怕复温有影响可以马上拿出来放在沸水中煮一煮。在方法可行的情况下，用普通试管（高压灭过菌）没有问题。个人浅见，仅供参考哦谢谢回复！！ 我们做过实验的，纯唾液的话确实DNA含量少点，不过吐的口水提出来的DNA浓度足够上仪器测序了。。。说唾液听着好听点吧，，痰总是有点那个什么的吧！也就是我们就是要收集一批人的口水，然后在不加任何试剂的情况下，保存一断时间。。放-80度冰箱可以保存个把月是吗？确定吗？你说拿出来放沸水中煮煮是什么意思 ？？这不破坏DNA了吗？
口腔粘膜科(医学生)
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好奇的闲人 wrote:谢谢回复！！ 我们做过实验的，纯唾液的话确实DNA含量少点，不过吐的口水提出来的DNA浓度足够上仪器测序了。。。说唾液听着好听点吧，，痰总是有点那个什么的吧！也就是我们就是要收集一批人的口水，然后在不加任何试剂的情况下，保存一断时间。。放-80度冰箱可以保存个把月是吗？确定吗？你说拿出来放沸水中煮煮是什么意思 ？？这不破坏DNA了吗？低温保存是为了抑制DNA酶的活性，-80 DNA可以保存很久很久的。
沸水中煮不会破坏DNA，只能裂解细胞，你想想PCR的原理，[img]file:///C:\Users\ADMINI~1\AppData\Local\Temp\SGTpbq\4.gif[/img]95度。。。
我说沸水中煮一下可能不符合你们的要求，主要是为了迅速解冻，防止在越过0度时间过长形成冰晶，切割染色体，破坏了DNA，
拿出来后立即放入30摄氏度水浴吧，这样能减少细胞的破坏，马上离心取沉淀，进行提取DNA的试验，但是这样怕解冻时间过长，DNA酶会有活性，会减少DNA得量。。。。总之，冻起来是可以的，关键是解冻迅速，而且不破坏细胞，因为你们这个试验是不是要先浓缩口水中的细胞啊？？？如果不用浓缩， 煮一下肯定是没问题的！
我好啰嗦，，，，不知道你明白我的意思没？
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滴夜成露 wrote:低温保存是为了抑制DNA酶的活性，-80 DNA可以保存很久很久的。
沸水中煮不会破坏DNA，只能裂解细胞，你想想PCR的原理，[img]file:///C:\Users\ADMINI~1\AppData\Local\Temp\SGTpbq\4.gif[/img]95度。。。
我说沸水中煮一下可能不符合你们的要求，主要是为了迅速解冻，防止在越过0度时间过长形成冰晶，切割染色体，破坏了DNA，
拿出来后立即放入30摄氏度水浴吧，这样能减少细胞的破坏，马上离心取沉淀，进行提取DNA的试验，但是这样怕解冻时间过长，DNA酶会有活性，会减少DNA得量。。。。总之，冻起来是可以的，关键是解冻迅速，而且不破坏细胞，因为你们这个试验是不是要先浓缩口水中的细胞啊？？？如果不用浓缩， 煮一下肯定是没问题的！
我好啰嗦，，，，不知道你明白我的意思没？哦，我明白你的意思，关于要低温保存 和快速复温我懂了！如果保存在-20度 或4度可以不可以呢？我们以前是直接用试剂盒收集唾液，里面有一些成分，混合后水浴后，再加指定的一些试剂开始提DNA。。。所以好像没有你说的浓缩细胞的过程？？浓缩细胞有什么好处呀？在这种非常条件下？非常感谢你的关注和回答！！
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滴夜成露 wrote:低温保存是为了抑制DNA酶的活性，-80 DNA可以保存很久很久的。
沸水中煮不会破坏DNA，只能裂解细胞，你想想PCR的原理，[img]file:///C:\Users\ADMINI~1\AppData\Local\Temp\SGTpbq\4.gif[/img]95度。。。
我说沸水中煮一下可能不符合你们的要求，主要是为了迅速解冻，防止在越过0度时间过长形成冰晶，切割染色体，破坏了DNA，
拿出来后立即放入30摄氏度水浴吧，这样能减少细胞的破坏，马上离心取沉淀，进行提取DNA的试验，但是这样怕解冻时间过长，DNA酶会有活性，会减少DNA得量。。。。总之，冻起来是可以的，关键是解冻迅速，而且不破坏细胞，因为你们这个试验是不是要先浓缩口水中的细胞啊？？？如果不用浓缩， 煮一下肯定是没问题的！
我好啰嗦，，，，不知道你明白我的意思没？哦，我明白你的意思，关于要低温保存 和快速复温我懂了！如果保存在-20度 或4度可以不可以呢？我们以前是直接用试剂盒收集唾液，里面有一些成分，混合后水浴后，再加指定的一些试剂开始提DNA。。。所以好像没有你说的浓缩细胞的过程？？浓缩细胞有什么好处呀？在这种非常条件下？非常感谢你的关注和回答！！
口腔粘膜科(医学生)
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好奇的闲人 wrote:哦，我明白你的意思，关于要低温保存 和快速复温我懂了！如果保存在-20度 或4度可以不可以呢？我们以前是直接用试剂盒收集唾液，里面有一些成分，混合后水浴后，再加指定的一些试剂开始提DNA。。。所以好像没有你说的浓缩细胞的过程？？浓缩细胞有什么好处呀？在这种非常条件下？非常感谢你的关注和回答！！浓缩了细胞可以使得后期提取后DNA液体比较少，但是DNA浓度比较高。。。就是浓缩了DNA溶液。。。总DNA不变。。
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你可以用用看DNA Genotek的唾液采集器，是专利产品，常温保存至少五年以上，配合提取液可以提出高分子量的DNA，浓度1.8左右，希望能帮到您~
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下列符合现代生物进化理论的叙述是(　　)A．物种的形成可以不经过隔离B．生物进化过程的实质在于有利变异的保存C．基因突变产生的有利变异决定生物进化的方向D．自然选择通过作用于个体而影响种群的基因频率 [生物进化、自然选择、基因频率、种群、进化过程、实质、物种、变异]
下列符合现代进化理论的叙述是(　　) A．物种的形成可以不经过隔离 B．进化过程的实质在于有利变异的保存 C．基因突变产生的有利变异决定生物进化的方向 D．自然选择通过作用于个体而影响种群的基因频率
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这个存在着很多的问题，比如说想技术和条件方面的问题，还有就是基因很难控制，单耿厕际丿宦搽为敞力经常会变异，而且很多都是不利的` 对条件要求比较苛刻；还有就是成本高。
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