將數(shù)字數(shù)據(jù)存儲在DNA中的想法看起來像科幻小說。乍一看，分子可以存儲數(shù)據(jù)似乎并不明顯。術(shù)語“數(shù)據(jù)存儲”讓人聯(lián)想到像CD和數(shù)據(jù)中心這樣的物理偽像，而不是像DNA這樣的微觀分子。但是有很多原因可以解釋為什么DNA是一種令人興奮的信息存儲選擇。

現(xiàn)狀

我們正處于數(shù)據(jù)爆炸之中。我們通過估計的170億互聯(lián)網(wǎng)連接設(shè)備創(chuàng)建了大量信息：智能手機，汽車，健康追蹤器和所有其他設(shè)備。隨著我們繼續(xù)向物理設(shè)備添加傳感器和網(wǎng)絡(luò)連接，我們將生成越來越多的數(shù)據(jù)。同樣，當我們將目前處于離線狀態(tài)的42億人帶到網(wǎng)上時，我們將生成越來越多的數(shù)據(jù)。

我們通常也希望存儲數(shù)據(jù)以用于長期目的。這些時間范圍可能超出當前存儲技術(shù)的能力。例如，我們可能希望存儲家庭照片和視頻，以便100年后我們的后代可以查看和與之交互。我們可能希望將文物，家庭食譜或技術(shù)訣竅傳遞給后代。

我們當前的數(shù)據(jù)存儲方法正在努力跟上我們對存儲功能的需求。數(shù)據(jù)存儲危機將令人難以置信地扼殺人類發(fā)展。因此，我們需要針對短期和長期數(shù)據(jù)存儲的新的強大且可持續(xù)的解決方案。

在面板SynBioBeta SF 2016使用Intel，Gen9和半導體研究公司代表討論的DNA數(shù)據(jù)存儲的當前狀態(tài)。討論的一個主要內(nèi)容是長期數(shù)據(jù)存儲市場是數(shù)據(jù)存儲市場中增長最快的部分。此外，所有專家小組成員似乎都認為，對DNA數(shù)據(jù)存儲的需求將主要受到對超越硅基存儲系統(tǒng)極限的更好解決方案的需求的驅(qū)動。

為什么我們要將數(shù)字數(shù)據(jù)存儲在DNA中？

DNA是大自然的信息媒介。事實上，我們稱DNA為“生命藍圖”，因為它含有指導細胞制造蛋白質(zhì)的配方。這些蛋白質(zhì)可以實現(xiàn)生命的各個方面，從消化到運動，從生長到對抗疾病。

因此，DNA已編碼信息 - “生物食譜”，如果你愿意的話。因此，DNA數(shù)據(jù)存儲的想法是重新利用信息存儲容量，以便我們可以將我們的數(shù)字數(shù)據(jù) - 我們的自拍，電影和文檔 - 存儲在DNA中。要做到這一點，首先必須將數(shù)字信息轉(zhuǎn)換為生物信息。

使用DNA的主要原因是：

1.永恒的相關(guān)性

：只要地球上有基于DNA的生命，DNA就是相關(guān)的。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲方法將始終被新技術(shù)所取代，因此如果我們使用傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲，我們將始終需要將數(shù)據(jù)傳輸?shù)叫碌母玫南到y(tǒng)。

2.穩(wěn)定性

：DNA似乎能夠承受一定程度的環(huán)境壓力。2013年，科學家們閱讀了來自一個有70年歷史的馬化石的DNA。這表明基于DNA的存儲系統(tǒng)將比硬盤和磁帶持續(xù)更長時間。

3.高存儲容量

：DNA的存儲潛力遠遠超過所有其他媒體。一些專家估計，世界上所有的數(shù)據(jù)都可以存儲在一公斤的DNA中- 這是一個令人難以置信的命題。

我們今天在哪兒？

今年早些時候，微軟和華盛頓大學的研究人員打破了將數(shù)字數(shù)據(jù)存儲在DNA中的記錄。他們使用Twist Bioscience提供的DNA設(shè)法存儲和檢索200兆字節(jié)的信息(包括高清視頻，多本書籍和文章以及數(shù)據(jù)庫)。

存儲200 MB代表了2013年創(chuàng)造的0.74 MB的先前記錄的巨大飛躍。這是一個巨大的進步，它突出了更多的興趣投入到這一努力的事實。然而，目前DNA數(shù)據(jù)存儲的成本并不具吸引力。

在DNA中存儲數(shù)字數(shù)據(jù)涉及讀取和寫入DNA。雖然讀取DNA(DNA測序)的價格急劇下降，但編寫DNA(DNA合成)的價格目前仍然高得驚人。像Gen 9和Twist Bioscience這樣的新公司已經(jīng)出現(xiàn)了新方法，可以實現(xiàn)更便宜，更快速的DNA合成。

然而，在這方面需要更大的成本降低以加速DNA數(shù)據(jù)存儲。

需要做什么？

為了使DNA數(shù)據(jù)存儲成為商業(yè)現(xiàn)實，我們需要：

開發(fā)將數(shù)字信息轉(zhuǎn)化為生物信息的新的更好的方法;實現(xiàn)快速，準確和經(jīng)濟高效的信息檢索的方法。

發(fā)明并推進新化學，以實現(xiàn)廉價的DNA合成。

在生產(chǎn)工作流程中加入更多自動化，以降低成本。

打開問題

由于這個領(lǐng)域非常年輕，因此有幾個懸而未決的問題尚未得到解答：

1.我們?nèi)绾卧O(shè)計安全性？

如今，很少會阻止熟練，專注且耐心的黑客訪問和竊取機密信息。如果我們要設(shè)計一個新的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，它應(yīng)該比當前的范例更安全。我們需要從一開始就認真考慮安全設(shè)計。

2.用戶界面的外觀如何？

新技術(shù)的用戶界面通常會影響該技術(shù)是否會被大量采用。我們?nèi)绾闻cDNA數(shù)據(jù)存儲技術(shù)進行交互仍然沒有答案。將來，我們是否都擁有DNA測序儀，DNA合成儀和算法，可將數(shù)字數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為我們的手機，家庭或當?shù)厣鐓^(qū)生物黑客空間中的生物數(shù)據(jù)?或者這些能力是否僅限于公司?在任何一種情況下，我們與DNA數(shù)據(jù)存儲技術(shù)交互的容易程度可能會影響我們采用這種技術(shù)的速度。

3.世界將如何收到這個？

今天，關(guān)于消費者隱私和生物技術(shù)的爭論很緊迫。在斯諾登揭露之后，許多人都是偏執(zhí)狂，我們的數(shù)據(jù)可以在未經(jīng)我們許可的情況下訪問。此外，許多人普遍對生物技術(shù)漠不關(guān)心。也許有機會創(chuàng)造一個消費者可以通過DNA存儲他們自己的數(shù)據(jù)而不是使用集中數(shù)據(jù)中心的世界。

雖然有些人會歡迎從磁存儲過渡到DNA數(shù)據(jù)存儲，但其他人可能會對此感到不安，理由是他們對生物技術(shù)不信任。考慮到許多人不知道目前存儲他們信息的過程，未來的消費者是否應(yīng)該被告知他們的信息存儲在合成DNA中?或者消費者對存儲介質(zhì)漠不關(guān)心?

人們對這些問題的回答可能會隨著他們在世界上的位置而變化。

4.我們想用DNA存儲什么樣的信息？

我們希望不那么頻繁訪問的檔案數(shù)據(jù)，例如我們可能希望傳遞給未來幾代人的消息，或者更頻繁訪問的數(shù)據(jù)，例如我們的自拍和Netflix電影?

DNA-for-data-storage場景非常新穎。今年早些時候，Helixworks宣布推出可以在亞馬遜上購買的DNA數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)。他們的系統(tǒng)最多可以存儲512 kB，根據(jù)Helixworks的說法，它足以“存儲一張小照片，一首詩，一封情書，一封悼詞或一個比特幣錢包。”最近有許多團體試圖嘗試新的解決方案：愛丁堡2016年本科iGEM團隊以及目錄，是IndieBio在舊金山的第四批生物技術(shù)創(chuàng)業(yè)公司的新成員。

隨著這些團隊繼續(xù)開發(fā)他們的技術(shù)，我們將開始更清楚地了解他們的實施策略。在此之前，確定預(yù)測還為時過早。