大數據存儲即將不夠用了。5G、物聯網和人工智能等信息技術的快速發展，使得信息量呈指數級增長。據互聯網數據中心(IDC)預測，2025 年，全球數據量將達到 175ZB(澤字節)，5 年年均復合增長率 31.8%。若要將 175ZB 文件加載到 1TB 硬盤中，則需要轉換大約 1750 億個 1TB 硬盤。那么我們怎樣才能突破僵局，滿足日益增長的儲存量需求呢?

DNA 高度緊湊，具有提供大容量信息存儲的能力，是一種具有巨大潛力的數字信息存儲介質。通過將生物 DNA 分子進行編碼，可在 DNA 序列上存儲信息。

近日，DNA 存儲的先驅之一 —— 微軟研究院，研究出新的分子控制器，使 DNA 存儲寫入速度提高1000倍。微軟團隊與華盛頓大學分子信息實驗室 (MISL) 合作設計了一種新方法，該研究論文發布在《科學進展》雜志上。在實驗中，該控制器成功地展示了 “將 DNA 合成點打包得比以前緊密三個數量級” 的能力，這意味著它比以前快一千倍。

據估計，目前合成1Mb 信息的價格可以達到3500美元。團隊的科學家們表示，該方法通過增加 DNA 存儲寫入的吞吐量，能夠大大降低編寫合成 DNA 代碼的成本，意義重大，可能有助于在未來實現商業化的 DNA 存儲。

近幾年來，DNA 存儲快速發展。

一方面，DNA 存儲為迎接即將到來的全球數據指數級增長的挑戰帶來了希望。DNA 存儲理論最大存儲密度可達到每立方英寸1艾字節，這意味著9澤字節的信息(1澤字節構成1萬億千兆字節)可以全部存儲在一個小冰箱的空間中;另一方面，DNA 存儲可以比傳統的計算機存儲具有更低的碳足跡，使其成為迄今為止更優越且更環保的選擇。

DNA 數據存儲的基本過程按順序分別為：編碼——將數字信息編碼為 DNA 序列;合成——將序列寫入實際的 DNA 分子;存儲——將合成的 DNA 片段保存在載體或細胞中;訪問——檢索和選擇性讀取序列信息;解碼 —— 將測定的序列信息轉換回數字信息。

目前，DNA 存儲技術擴展的最大障礙是顯著低效問題。科學家們只能成功地合成少量的 DNA，而且速度很慢。近期，國內外相繼在 DNA 存儲領域取得新突破。

國內東南大學生物科學與醫學工程學院、生物電子學國家重點實驗室的劉宏團隊在近日實現了 DNA 存儲技術的新突破，成功將該校校訓 “止于至善” 存入一段 DNA 序列。相關成果發表在國際學術期刊《科學進展》上。

“目前，國外 DNA 存儲技術路線多使用市面上成熟的技術和產品，DNA 的合成與測序兩個環節是分開的，需要大型儀器設備，操作相對復雜，我們團隊立足自主開發，實現了 DNA 合成與測序環節的一體化，儀器設備也實現了小型化。” 劉宏在接受媒體采訪時表示。

劉宏介紹，團隊改進傳統的化學合成方法，運用電化學方法，將東南大學校訓 “止于至善”4個字 “翻譯” 為 DNA 序列，并存儲在電極上，隨后又成功讀取出來。

伊利諾伊州西北大學合成生物學中心的科學家們也提出了一種將信息記錄到 DNA 的新方法，該方法僅需一小時內就能完成錄入3比特信息。該團隊使用一種新的酶系統合成 DNA，將快速變化的環境信號直接記錄到 DNA 序列中，以合成可直接操作的 DNA。此外，該酶允許提前完成蛋白質表達，從而允許連續存儲信息。該論文的資深作者、西北工程教授 Keith EJ Tyo 表示，這種方法還將改變研究和記錄大腦內部神經元的方式。它特別適合于長期的檔案數據應用，如存儲閉路安全錄像，該團隊將其稱為 "只寫一次，永不讀取" 的數據，但需要在事件發生時可以訪問。

佐治亞理工學院 (GTRI) 近期也公布了新進展，他們的團隊設計了一種微芯片，可以顯著提高以 DNA 形式寫入數據的速度。該團隊預計將比當前的 DNA 存儲技術提高100倍。

雖然要使 DNA 分子變成一個真正能代替硬盤、光盤的存儲介質，仍面臨諸多挑戰，但是 DNA 數據存儲技術的發展前景被眾資本看好，微軟聯合 Illumina 等15家機構在2021年11月成立 DNA 數據存儲聯盟;在國內，去年8月，DNA 數據存儲技術開發企業中科碳元 (深圳) 生物科技有限公司 (C-ATOM) 完成數千萬元天使輪融資，由英諾天使基金領投，中科天使、常見投資、沸騰創投跟投。

未來，新一代合成、測序及檢索技術或將為 DNA 數據存儲帶來質的飛躍。

原文標題：什么?微軟研究院把數據信息存進了DNA!

文章出處：【微信公眾號：微軟科技】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。

審核編輯：湯梓紅