微软深耕DNA存储技术,新的存储时代或将到来

微软在今日宣布了从旧金山的一家生物科技公司手上购买了1000万个DNA长寡核苷酸分子的消息。而就在数天前,来自科技网站Computerworld的消息表明,微软和华盛顿大学的研究人员联合展示了以人工合成DNA作为数据存储介质这一技术。

据雅虎金融消息称,微软在今日宣布了从旧金山的一家生物科技公司手上购买了1000万个DNA长寡核苷酸分子的消息。而就在数天前,来自科技网站Computerworld的消息表明,微软和华盛顿大学的研究人员联合展示了以人工合成DNA作为数据存储介质这一技术。


微软深耕DNA存储技术,新的存储时代或将到来


这一系列事实都证明了微软正在对DNA存储技术进行深耕。由于DNA上的信息能够保存一千至一万年,因而DNA存储技术优于当前存在的任何一种存储技术。


那么,DNA存储技术究竟是什么?与传统的存储技术相比,它具备哪些优势,存在哪些缺点?未来DNA存储技术又是否能够引领新的存储时代的到来呢?


一、DNA存储技术拥有诸多优势,优于当前的存储技术


DNA存储技术,即利用人工合成的脱氧核糖核酸(DNA)作为存储介质。具有高效、存储量大、存储时间长、易获取且免维护等优点。


DNA存储技术是一项着眼于未来并且具有划时代意义的存储技术。DNA即为脱氧核糖核酸,它是由脱氧核糖核苷酸结合而成。这种双螺旋结构上有4个化学基因,也就是核碱基。DNA通过鸟嘌呤(C)、胸腺嘧啶(T)、腺嘌呤(A)、胞嘧啶(G)四种碱基的不同排列,存储了生物体所有的遗传信息。


DNA会按照特定的顺序排列,组成遗传信息,因而其最主要的作用是指导生物体的生长发育。DNA存储技术的研究人员则利用这四个碱基的特性,开发并制定代码,这些都完全有别于生物体所用的“语言”。


比如,当需要复制一份计算机文件时,DNA的数字存储系统会先将硬盘信息中的二进制数翻译成定制代码,然后借助标准的DNA合成机器制造出相应的碱基序列。此时的序列并非一个长分子,而是多个重复片段。每一个片段都会自带一些索引细节,以便明确其自身在整体序列中所处的位置。


这种方法的优点在于,即便某些片段遭到损毁,数据也不会丢失。分子生物学实验室用来读取生物体DNA的标准设备可以读取信息,并当即呈现在电脑屏幕上。


随着科技信息时代的发展,人们对于各种数字及数据的需求都在成倍地扩张,因此我们需要寻求一种容量更大、安全性更高的数据存储方式。DNA数据存储技术完全能够满足对于数据存储容量的要求,据微软研究院估计,1立方毫米的DNA就能够存储一个exabyte(十亿字节)的数据。


作为数据的存储媒介,DNA存储技术最大的优点就在于容量巨大。据悉,1克DNA的存储容量在2PB(拍字节)左右,这相当于300万张CD。


另外,保存时间长也是DNA存储数据技术的另一大优点。人工合成的DNA极其“长寿”,即便是在环境不好时,其半衰期也能够超过500年。与之相比,现有的存储技术就显得较弱了,例如磁带的保存时间是10至30年,硬盘的保存时间是3至5年。此外,DNA也不需要经常维护。在读取时,DNA存储技术亦不会涉及兼容问题。


想要使DNA存储技术得以真正实现,微软需要大量资金的支持。微软应用程序Twist的内部人员表示,它们已经为此筹集到了1.31亿美元的投资,其中包括来自比尔及梅琳达·盖茨基金会的资金。


如果DNA存储技术得以实现,也就意味着我们可以用智能手机存储更多的文字、图片或视频了。不过,这项技术也是存在着不少缺陷的。


二、DNA存储技术亦存缺陷,但不影响其引领存储新时代


任何事物都存在两面性,DNA存储技术也不例外。总体来看,目前的DNA存储技术缺陷不少。


第一, DNA存储技术成本高,现阶段无法大规模普及


据欧洲生物信息研究所的团队负责人Nick Goldman透露,目前在DNA中进行编码时,每MB的数据成本为1.24万美元,而读取成本则在220美元左右。DNA存储技术的高成本,使得它在实用阶段初期的使用频率不会很高。


第二,DNA容易受到外界因素或自身变化的影响,致使数据不稳定


在2012年5月,斯坦福大学的研究人员成功将电脑文件编入了噬菌体的DNA片段,并在其中植入了大肠杆菌的DNA,从而实现了在活体细胞的DNA中对于数字信息的重复擦写。


然而,这种方式的不足之处很多。


首先,细胞终究会死亡,而其中存储的信息也会随之消失。就算不死亡,细胞也会分裂、变异、复制,造成数据内容的改变。


其次,作为遗传信息的载体,DNA并不是以孤立的个体形式存在的。在细胞中,核DNA需要组蛋白的支撑,而基因的表达也少不了其他蛋白的参与。因此,DNA会很容易受到外界因素的影响,导致其受到各种物理、化学等形式的损伤。这意味着,DNA存储技术需要合适的生物环境的支持才能够正常运转,因此它很难适应像硬盘那样的信息存储。


尽管DNA存储技术仍存在许多缺陷,但这也并不影响它引领存储新时代的到来。


在当今的信息时代,存储的容量对于人们来说是相当重要的,而DNA存储技术能够轻松做到这一点。


Nick Goldman表示,欧洲生物信息研究所在几不可见的微量DNA中,存储了154首莎士比亚的十四行诗,一篇PDF的科学论文、一张JPG格式的照片以及马丁·路德·金《我有一个梦想》演讲中的26秒时长的片段,这些资料总共有739KB左右。


此外,DNA存储技术的保密性也极强。DNA拥有多层空间结构,用一般的方法无法破解其中的数据。


微软表示,他们对DNA存储技术的研究从去年秋天就已经开始,这项技术实现的可能性也是相当大的。


综上所述,可以看到DNA存储技术拥有着很多现有存储技术所不具备的优势,但是由于处于起步阶段,这项技术存在诸多缺陷,尚不能在短期之内得到普及。不过,生物技术一旦与存储技术相结合,存储成本也会降低,DNA存储技术将会对新的存储时代的到来起到引领及重要的推动作用。


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