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哈佛大突破 DNA代碼可存數十億本書

作者：駐洛杉磯科技組　現職：駐洛杉磯科技組

文章來源：http://www.epochtimes.com/b5/12/8/20/n3663254.htm

發佈時間：2012.08.26

哈佛大突破 DNA 代碼可存數十億本書

為有效處理當今社會知識爆炸的難題，哈佛大學的研究人員最近通過努力，成功地採用 DNA 遺傳分子的概念，將一整本書以 DNA 分子密碼形式存儲起來，然後又將書的內容從這種 DNA 密碼中準確無誤地讀回來。

據《華爾街日報》報導，著名權威學刊《科學》網絡版發表了哈佛大學這些研究人員的實驗研究成果。這項實驗使用基因中相關化學組分為代碼，把一本尚未出版的基因工程專著從英文譯製存儲到名副其實的 DNA 之中。這些研究人員稱，採用這種 DNA 儲存方式，一支小小的試管就可以輕而易舉地將這一專著的十億副本存儲其中，而且在正常情況下時間持久，存儲幾個世紀都毫無問題。

雖然這種新穎的儲存方式要達到商業化還有很長的路要走，但它卻彰顯出 DNA 作為一個長期而穩定的存檔媒介在存儲普通信息，如照片、書籍、財務記錄、醫療檔案及音像等方面的巨大潛力。

一直走在研究前沿但並沒有參與該研究項目的斯坦福大學合成生物學家德魯．恩迪 (Drew Endy) 評論說，「這項研究表明，由於目前合成及測序 DNA 的能力大幅增強，這為大量數據存儲提供了條件。如果你想把你的藏書室或圖書館用 DNA 編碼存儲起來，你現在完全可能做到這一點了。」

其實，分子生物學家們早就熟知，DNA 是一種天然的信息存儲系統，而且在每一細胞中無處不在，存儲著每個人遺傳秘方。DNA 可謂是一個極其複雜的大分子，包含四種被稱為鹼基的化學小分子成分：腺嘌呤 (A)，鳥嘌呤 (G)，胞嘧啶 (C) 和胸腺嘧啶 (T)。在 DNA 中，這些小分子成分的不同組合形成了一個簡單，但功能十分強大的代碼，被用來存儲與生命息息相關的遺傳指令。

對一個普通人來說，約三十億這些個鹼基的確切序列，在生物意義上直接決定了存儲在基因及染色體中的遺傳信息，正如使用不同的字母可以組成不同的單詞和句子一樣。

近年來，世界各地都有一些科學家一直在進行著各種試驗，使用這種遺傳代碼存儲其它各類信息。在美國、歐洲和加拿大，有許多獨立的研究小組最近進行了一系列實驗。他們各顯其能，採用 DNA 這一編碼技術，甚至把各種不同商標及機密信息儲存在細胞中。比如在 2010 年，基因組先驅克雷格 • 文特爾 (Craig Venter) 和他的同事們在實驗室合成出了第一個人造細胞，並且用化學 DNA 代碼簽署了他們自己的名字，如同一個畫家簽署一幅自己的得意之作。此外，他們還把三個貼切的文學錦句及一個網址也用 DNA 代碼記錄下來。

相比之下，還有其他研究人員利用 DNA 代碼將詩歌和流行音樂寫入細菌的活細胞裡。2003 年，在華盛頓州太平洋西北國家實驗室的遺傳工程師研製出新的微生物，並且在它們的 DNA 裡錄製了一個迪斯尼的「這是一個小世界 (畢竟)」主題曲。

哈佛分子遺傳學家喬治 • 丘奇 (George Church) 及其同事們介紹說，他們在上週四 (16 日) 所發表的研究結果一個與眾不同的特點是其空前的儲存規模。總而言之，那本書包含了 53,426 個文字、11 個插圖解說及一個 JavaScript 電腦程序。作為該項目的資深研究員，丘奇博士認為，要解決當前面臨的一些存檔問題，這種方法很可能就代表著未來的新趨向及解決途徑。一個拇指大小的這種存儲器，就可以將整個互聯網的所有信息都裝載其中。

不過，這種存儲方式的具體實驗操作就目前來看還是相當費時費力的。作為第一步，這些研究人員先得把手稿轉譯成 0 和 1 這種標準二進制計算機數碼，也就是今天 DVD 音像及數碼相機照片存儲所採用的這種標準數碼。然後，他們利用 DNA 的兩個化學鹼基對分別表示 1 和 0。具體說來，他們這裡採用了 A 和 C 表示 1；G 和 T 表示 0。接下來，他們還要人工合成出包含不同編碼序列的所有 DNA 短鏈。這些長短及編碼序列各異的短鏈共約 55,000 之多，而每一短鏈都存儲著一部分文字及該文字在書中字裡行間的確切位置。

該項目的首席研究員，哈佛大學生物靈感工程韋斯研究所的生物工程師斯利拉姆 • 科蘇里 (Sriram Kosuri) 解釋說，「這其實是一個非常簡單，依照序列存儲信息的方式。就像磁帶一樣，你只能依序提取你要的數據。」

然而，在可以預見的將來，這種 DNA 書本將會是十分昂貴的，而且讀起來也會十分費時。它需要涉及到一系列的實驗室程序，同時還得依靠微陣列芯片及高速基因測序機以適當的順序把這些 DNA 短鏈組裝起來，並能校正錯誤及讀取最後文本。不過，在圖書營銷方面，丘奇博士他們的這項實驗可謂是一個引人矚目的里程碑。

另外，丘奇博士透露，在實驗中使用的是他自己寫的一本書，叫《再生學》，預計在今年 10 月會以更傳統的商業出版方式出版。他也曾首先考慮過使用小說《白鯨》，但最後還是選擇用他自己的手稿，因為他的手稿中既有大量文字，又有圖片及 JavaScript 電腦程序，這樣能更好地展示 DNA 處理不同種類信息的非凡能力。