目前我們正處于數據爆炸增長的時代，像硬盤、內存芯片等數據存儲容器已經出現“負荷過重”的跡象。現今看來，要想將全球數據存儲起來似乎技術還遠遠沒達到這個水平。但是，最近有研究發現一種新的數據存儲方式——DNA 數據存儲。

其實，這種存儲方式的研究早已進行中了。

去年年底，法國一位16歲高中生Locatelli將《古蘭經》和《圣經》中的部分內容存儲到DNA中并注入到自己的體內。他把希伯來語和阿拉伯語的字符轉換成DNA堿基的特定組合，將轉換后的DNA鏈移接到購買的病毒上，最后用注射器將病毒注入自己的大腿 。

從邏輯上來講，實現這項目標并不難。Locatelli 首先用一個基本的系統將文本翻譯為構成 DNA 的核酸。

在圣經《創世紀》中，他將22個希伯來字母轉換成四種可能的核酸：胞嘧啶、胸腺嘧啶、鳥嘌呤或腺嘌呤。胞嘧啶和胸腺嘧啶分別代表五個字母，鳥嘌呤和腺嘌呤分別代表六個字母。

在阿拉伯語文本中，Locatelli 去掉了 28 個字母中的 5 個，并給了其中 3 個獨特的核酸，允許 Ra 和 Sad 共享胸腺嘧啶。在這兩種情況下，Locatelli 都忽略空格、標點符號和變音符號。

然后，他分別從VectorBuilder和ProteoGenix公司購買了定制的DNA鏈，以及用于將新DNA插入細胞的良性病毒。他買了一些生理鹽水和注射器就出發去參加了比賽。注射后，他只出現了輕微的過敏反應。

但是，加州大學洛杉磯分校的生物化學家Sriram Kosuri表示，他不能確定Locatelli的方法是否真的有效; 也無法評估病毒載體是否成功地將合成的DNA導入Locatelli細胞。

除了這位高中生的研究成果外之外，最近，一家位于波士頓的初創公司Catalog宣布，他們成功將維基百科英文版一共16G的文本內容存儲在了一個DNA分子上！

一個DNA分子即可輕松存儲16g內容

計算機存儲容器已經從帶磁鐵的電線變成硬盤，如今發展到3D存儲芯片。為了追求更小占用空間卻有更多的存儲空間，下一代存儲容器也許會回溯到與地球上的生命一樣古老的方法：DNA。

企業Catalog近日宣布，他們將維基百科英文版的所有文本一共16G的內容存儲在了一個DNA分子上！

Catalog用它的第一個DNA書寫器完成了這項壯舉。

這個DNA書寫器有多大呢？大小大概與一輛現代 SUV 差不多。盡管它目前看起來不太可能可以有機會打倒手機的存儲芯片，但Catalog認為，它對一些需要將數據存檔的客戶來說已經很有用了。

DNA鏈雖然很小，也很難管理，但是生物分子可以存儲在除了控制細胞如何發芽或為什么猩猩會是猩猩的基因外的其他DNA區域。Catalog使用了比人類DNA短但更多的預制合成DNA鏈，因此它可以存儲更多的數據。

可能聽起來像是倒退，但DNA是緊密的，在化學上以穩定的形式存在，同時由于它是地球生物學的基礎，可能不會像硬盤驅動器或CD那樣過時，也不會像軟盤驅動器那樣被市場淘汰而消失。

由于傳統的DNA測序產品已經在生物技術市場上銷售，可以以此讀取DNA數據。研究人員認為“這一全新的序列技術用例將有助于（大大）降低成本”，Catalog認為DNA存儲方式在計算業務中潛在一個巨大市場。

Catalog也使用了尋址系統，這意味著當DNA以長序列存儲數據時，也可以使用分子探針讀取存儲在任何地方的信息。就是一種硬盤一樣的隨機存取存儲器，而不是像半個世紀前大型計算機鼎盛時期的磁帶盤那樣的順序存取。

有人會認為DNA會被射線破壞，但 Catalog 認為它是一種比其他方法更穩定的介質。畢竟幾千年前滅絕動物依然能發現其DNA。

DNA存儲數據有什么意義？

《科學美國人》與世界經濟論壇聯合發布了 2019 年全球十大新興技術，其中一項就是用 DNA 儲存數據。那么，DNA存儲數據的意義何在呢？

據軟件公司Domo稱，在2018 年，谷歌每分鐘都有388 萬次搜索、YouTube被觀看的視頻有433萬個、有159362760封電子郵件被發送、推特有47.3萬條，在 Instagram上也發布了49000張照片。

預計到2020年，全球人均每秒將產生大約1.7兆字節的數據，假設世界人口為78億，一年就會產生約418個 zettabytes。如果放在容量為1TB的硬盤上，則需要4180億個！

這種情況下，目前的數據存儲系統根本撐不過一個世紀。此外，運行這些數據也需要消耗大量的能量。因此，我們將面臨一個嚴重的數據存儲問題，并且隨著時間的推移，這個問題只會變得越來越嚴重！

所以硬盤存儲的一種替代方案——基于DNA的數據存儲才顯得尤為重要。由核苷酸A，T，C和G的長鏈組成的DNA 序列是生命的信息存儲材料。數據可以按照這些字母的順序存儲，從而將DNA轉變為一種新的信息技術形式。

目前DNA已經可以常規排序（讀取），合成（寫入）并且可以輕松準確地復制。DNA本身結構也是非常穩定的，正如生活在50多萬年前的化石馬的完整基因組測序所證明的那樣，存儲它不需要太多能量。

另外，DNA的存儲容量是讓人驚訝的。DNA可以以遠超過電子設備的密度精確存儲大量數據。例如，根據哈佛大學George Church及其同事2016年發表在“Nature Materials”雜志上的計算，簡單的大腸桿菌的存儲密度約為每立方厘米1019比特。

在這樣的密度下，僅僅需要一個邊長約一米的DNA立方體便可很好地滿足全世界一年的數據儲存需要，簡單來說就是1kg DNA就能儲存全球數據。

DNA 數據存儲的前景不僅僅是理論上的。例如，2017 年，哈佛大學的Church小組采用CRISPR DNA編輯技術，將人手的圖像記錄到大腸桿菌的基因組中，并以高于90%的準確率讀出。華盛頓大學和微軟研究院的研究人員已經開發出一個完全自動化的系統，用于編寫、存儲和讀取 DNA 編碼的數據。包括微軟和Twist Bioscience在內的一些公司正在致力于推進 DNA 存儲技術。

與此同時，DNA已經被研究人員用來以不同的方式管理數據，這些研究人員努力處理海量的數據。新一代測序技術的最新進展使得數十億個DNA序列可以輕松同時讀取。有了這種能力，研究人員可以使用 DNA 序列的條形碼作為分子識別“標簽”，以跟蹤實驗結果。另外DNA條形碼正被用于大大加快化學工程、材料科學和納米技術等領域的研究步伐。例如，在佐治亞理工學院，James E. Dahlman的實驗室正在迅速確定更安全的基因療法；其他人正在研究如何對抗耐藥性和防止癌癥轉移。

不過目前阻礙DNA數據存儲方式普及的原因之一便是讀取和寫入DNA的成本太高、速度還不夠快，要與電子存儲競爭，就必須進一步降低這些成本和提高速度。