存儲(chǔ)數(shù)據(jù)技術(shù)革命： DNA信息存儲(chǔ)運(yùn)用
英國《自然·通訊》雜志2021年6月10日發(fā)表的一項(xiàng)最新成果：美國北卡羅來納州立大學(xué)研究人員將DNA數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方面的長期挑戰(zhàn)轉(zhuǎn)化為一種實(shí)用工具——為用戶提供存儲(chǔ)數(shù)據(jù)文件的“預(yù)覽”，例如圖像文件的縮略圖版本。這使得整個(gè)DNA存儲(chǔ)系統(tǒng)數(shù)據(jù)效率大為提高，同時(shí)更具兼容性。
全球的數(shù)據(jù)量不斷增加，傳統(tǒng)的存儲(chǔ)架構(gòu)，如硬盤和磁帶，越來越難以跟上數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的需要。隨著這些裝置逐漸達(dá)到存儲(chǔ)極限，DNA被當(dāng)作一種長期存儲(chǔ)方案提出來，這是一項(xiàng)非常有吸引力的技術(shù)，因?yàn)橹恍枰粋€(gè)小片段就可以存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)，信息可以長時(shí)間保持，又非常節(jié)能。
但是科學(xué)家們一直還無法實(shí)現(xiàn)對(duì)DNA文件中數(shù)據(jù)的“預(yù)覽”——如果你想知道文件是什么，那你必須“打開”整個(gè)文件。
據(jù)研究人員介紹，為了識(shí)別和提取指定文件，大多數(shù)系統(tǒng)使用聚合酶鏈反應(yīng)（PCR）。具體來說，使用與相應(yīng)引物結(jié)合序列匹配的小型DNA引物來識(shí)別包含所需文件的DNA鏈。然后系統(tǒng)使用PCR制作大量相關(guān)DNA鏈的副本，再對(duì)整個(gè)樣本進(jìn)行測序。該過程會(huì)復(fù)制大量目標(biāo)DNA鏈，但目標(biāo)鏈的信號(hào)比樣本的其余部分更強(qiáng)，從而可以識(shí)別目標(biāo)DNA序列并讀取文件。然而，DNA數(shù)據(jù)存儲(chǔ)研究人員面臨的一個(gè)巨大挑戰(zhàn)就是，如果兩個(gè)或多個(gè)文件具有相似的文件名，PCR將無意中復(fù)制多個(gè)數(shù)據(jù)文件的片段。因此，用戶必須為文件指定非常不同的名稱，以避免產(chǎn)生數(shù)據(jù)混亂。
此次，北卡羅來納州立大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)的這種技術(shù)，利用相似的文件名可以打開整個(gè)文件或該文件的特定子集。這是通過在命名文件和文件的給定子集時(shí)使用特定的命名約定來實(shí)現(xiàn)的，研究人員可以PCR過程的幾個(gè)參數(shù)，溫度、樣本中DNA的濃度以及樣本中試劑的類型和濃度，來選擇是“打開”整個(gè)文件還是只“打開”其“預(yù)覽”版本。
這一新技術(shù)的優(yōu)勢體現(xiàn)在效率和費(fèi)用兩大方面，該論文的第一作者、研究人員凱爾·托梅克表示，“如果你不確定哪個(gè)文件包含你想要的數(shù)據(jù)，也不必對(duì)所有潛在文件中的所有DNA進(jìn)行測序，相反，還可以對(duì)DNA文件的更小部分進(jìn)行測序以作為預(yù)覽”。
研究團(tuán)隊(duì)成員表示，這一技術(shù)已展示了與其他文件類型廣泛兼容的能力，目前他們正在尋找行業(yè)合作伙伴來幫助探索該技術(shù)的商業(yè)可行性。
