近日,在一项发表于《自然》杂志的最新研究中,哈佛大学医学院的塞思·谢普曼用基因编辑工具,将一段编码了图像和视频影像的 DNA 序列导入大肠杆菌的基因组,并从活体细菌细胞的基因组中读出了相应的图像和视频。

 
这是一项具有划时代意义的技术突破。DNA 存储技术是利用 DNA 作为存储介质,将文件数码化后的二进制编码转化成由 4 个碱基构成的 DNA 编码,从而制成相应的 DNA 序列,获得储存有数据信息的 DNA 片段。
 
随着计算机网络的飞速发展和互联网的普及,网络数据、移动数据、社交数据等数字化信息数量飞速增长,迫切需要比现有储存系统更高效的新系统,DNA 存储技术恰好能满足以上需求。
 
事实上,DNA 存储技术已经引起了电影公司、档案馆等有长期信息储存需求机构的兴趣。微软公司曾宣布购买 1000 万条 DNA,用于研究数据储存。
 
在军事领域,DNA 存储技术更具备广阔的应用前景。未来的信息化战争,实质上是一场信息的争夺战,夺取制信息权对于决胜未来战场至关重要,诸多信息化要素所生成的集群通信、导航定位、文电数据、音视频信息等数据量呈井喷式增长,这对拓展战场信息掌控提出了更高要求。而 DNA 存储技术在有效获取信息、掌握信息控制权方面具有独特优势。
 
一是容量大。DNA 存储技术作为数字存储媒介的显著优点是容量大。普通硬盘是以二进制的形式记录信息的,每个字节要占 200 纳米的空间,而 DNA 记录一个字节只需 0.2~0.3 纳米。目前比较普遍的存储介质是磁带、闪存盘、机械硬盘和固态硬盘,内存大小一般在 1TB~2TB,难以满足未来战场巨大信息量的存储需求。
 
二是体积小。未来战场信息交织,每一秒都会生成十分庞大的信息量,要实现对这些信息数据的储存,需要大量的存储介质。谷歌和亚马逊等公司为了储存数据,需要建立多个面积数倍于标准足球场大小的数据中心,而且非常依赖于电力支持。而 DNA 分子是一种令人难以置信的密集存储介质,1 克 DNA 就能够储存 700TB 的数据,相当于 1.4 万张 50GB 容量的光盘。
 
三是稳定性好。当前存储介质容易遭受外界破坏,保存时间有限,并且随着硬件设备的老化,信息读取难度也越来越大。而用 DNA 存储数据性能稳定、保存时间长,且无需经常维护,不涉及兼容问题。美国 Agilent 公司曾将带有文件信息的 DNA 片段样品横跨大西洋邮寄到欧洲分子生物学实验室,研究人员采用标准的测序机器解读其中的代码,结果发现能够完全恢复这些文件。
 
四是可复制性强。对数据进行复制传输,是进行战场信息融合处理的重要环节,但其安全性一直亟待提高。一方面,数据在进行复制的过程中容易受到外部环境的影响,导致数据信息损坏;另一方面,数据在传输过程中容易被干扰窃取,致使核心机密泄露。而 DNA 存储介质进行信息的复制传递时,是通过双链结构的半保留复制,能够产生与原双链结构完全一样的结构,有效保证了信息的安全与完整。
 
DNA 存储技术的优势使得其发展前景广阔。尽管现阶段用它存储信息还十分“奢侈”,但随着相关技术的不断发展,相信 DNA 硬盘迟早会“进入寻常百姓家”。