DNA 数据存储技术的突破利用自然细胞过程写入数字数据

研究人员开发出一种巧妙的新方法，可将数字数据存储在 DNA 中，而无需从头合成定制的 DNA 序列。https://www.nature.com/articles/s41586-024-08040-5解释了他们是如何利用一种叫做甲基化的自然表观遗传过程，将信息 "打印 "到现有的 DNA 链上的。

通常，DNA 数据存储涉及将数字数据转换成 A、C、T 和 G 核苷酸碱基序列。然后，通过一种称为 "从头合成 "的过程，这些序列在实验室中通过化学方法被创造出来，形成包含数据的 DNA。尽管在这一领域取得了长足进步，但这仍然是一个缓慢、昂贵、容易出错的过程，对于大规模数据存档来说并不理想。

不过，北京大学和其他机构的研究小组利用甲基化技术改写了天然存在的DNA，从而避开了这些问题。甲基化是一种表观遗传修饰，生物通常利用它来开启或关闭基因，而不改变实际的遗传密码。

他们开发了 700 个独特的 DNA "活动型 "片段，作为其存储系统的构件。通过有选择性地将特定的可移动类型组装到主 DNA 模板上，他们就能编码数字数据。然后，一种酶会在特定位置添加甲基，用化学方法将 DNA 标记为所需的 1 和 0 序列。

在实验中，他们成功地存储和检索了熊猫和中国古代绘画的高清图像，准确率高达 97.47%。研究人员在每次DNA合成反应中的数据写入率接近350比特，比从头合成的速度更快。从理论上讲，基于甲基化的方法成本更低，因为它可以重复使用现有的DNA模板，而不需要从头开始制作新模板。

当然，它的速度和成本效益仍不及电子存储。尽管如此，DNA 数据存储的表观遗传学技术仍是利用大自然自身的存储介质处理大量增长的数字数据的一大飞跃。通过进一步的调整，利用甲基化技术的DNA存储系统可以成为一种实用的方式，以低功耗、耐用和比从头开始构建DNA更经济实惠的格式来存档世界上的数据。

研究人员说："随着DNA数据存储进入商业化的黎明期，表位框架展示了具有预制模块化的并行分子信息存储的潜在方向。