DNA能存儲海量信息

據《紐約時報》北京時間7月13日報道，1878年，英國攝影師埃德沃德·邁布里奇(Eadweard Muybridge)拍攝了世界上最早的電影之一，畫面是一匹飛馳的駿馬，他的目的是了解飛奔中的馬是否會離開地面。

一個多世紀后，這個電影片段與高科技結緣：成為首部被編碼在活體細胞DNA中的電影。隨著宿主生物體的生長和分裂，這部電影可以被隨意訪問和無限復制。

頂級學術期刊《自然》周三發表了哈佛醫學院研究人員的這一研究成果。這一研究是基因用作海量存儲裝置潛力的最新和最令人震撼的例子。

科學家已成功地將莎士比亞的全部十四行詩編碼到DNA中。哈佛醫學院遺傳學家、新研究的參與者之一喬治·丘奇(George Church)，最近將其編寫的圖書《再生》(Regenesis)編碼到細菌DNA中，并復制了900億份拷貝。他在接受采訪時說，“這創下了圖書出版的記錄。”

丘奇和參與新研究的其他科學家開始設想，未來這一技術會有更不可思議的應用：對細菌編程，使之依偎到人體細胞，然后記錄細胞的一舉一動——相當于制作每個細胞的記錄片。

當人生病時，醫生可以將細菌提取出來，回放人體細胞的記錄片。丘奇說，這等同于飛機上的黑匣子——數據可以用于分析事故原因。

丘奇、遺傳學家塞斯·希普曼(Seth Shipman)以及他們的同事，開始給邁布里奇拍攝電影的每個像素指定一個DNA編碼。每個細胞的DNA鏈都有4種組成部分——腺嘌呤、鳥嘌呤、胸腺嘧啶和胞嘧啶。

遺傳學家最后獲得了一個代表整部電影的DNA序列。然后，他們利用基因編輯技術Crispr，把這一DNA序列插入到一種常見腸道細菌的基因中。

雖然基因被修改，這種細菌仍然“茁壯成長”和繁殖。研究團隊發現，在細菌的每一代后代中，存儲在基因中的電影都“完好如初”。

沒有參與這項研究的明尼蘇達州大學數學教授安德魯·奧德里茲科(Andrew Odlyzko)，稱這一研究“令人著迷”。

著名物理學家理查德·費曼(Richard Feynman)半個世紀前就提出，DNA可能用于存儲信息。

南加州大學數學家倫納德·阿德曼(Leonard Adleman)表示，費曼的想法“具有開創性——給我們指明了方向”。

阿德曼1994年就發表報告稱，他把數據存儲在DNA中，把DNA當計算機使用，解出了一道數學題。他認為，DNA存儲的數據量，是相同大小光盤的1萬億倍。

數據存儲正在日趨成為一個大問題，原因不僅僅是生成的信息量在不斷增長，用于存儲數據的技術也在不斷被淘汰，例如軟盤。

DNA從來都不會過時，阿德曼說，“數十億年來，生物體一直在DNA中存儲信息，這些信息仍然可以讀取出來。”他指出，細菌能讀取從數百萬年前琥珀里邊昆蟲中恢復的基因數據。

對于希普曼和丘奇來說，最近的挑戰是大腦。大腦包含860億個神經細胞，要了解它們的狀態并非易事。

丘奇說，“目前，我們能用電極一次監測一個神經細胞，但大腦中放不下860億個電極”，但是，基因工程細菌“非常適合解決這類問題”。

他們的想法是，使細菌作為記錄設備隨同血液到大腦中，記錄一段時間的信息。科學家可以提取出細菌，通過它們的DNA了解大腦神經細胞的情況。

丘奇表示，雖然這些都是未來的創意，但生物學家取得進展的速度快于人們的想象。他以人類基因測序為例進行了說明，第一次人類基因測試歷時數年，耗資30億美元。當時最大膽的預測是，60年內每次測序成本將降低到1000美元，“事實上，僅僅6年而非60年，基因測序成本就降低到了1000美元”。