進入21世紀以來，人類世界數據信息的增長速度急劇增加，随着數據水平的增加，在可預測的未來，基于傳統矽基存儲介質的存儲方式不可避免地陷入資源枯竭的困境。因此，開發新的存儲技術尤為重要。
在數據存儲的發展方向中，DNA存儲技術是一個吸引人和有希望的選擇。衆所周知，DNA是自然生物保存遺傳信息的載體，在細胞核尺度的空間中，可以保存物種的所有遺傳信息。這是多麼難以想象的!
最近，美國哥倫比亞大學的研究人員在NatureChemicalBiology雜志上發表了Robustdirectdigital-to-biologicaldatallivingcells的研究論文。
該研究向我們展示了新的DNA存儲技術——通過結合CRISRP技術和重編程細菌，通過電刺激将二進制數據以3個單元編碼到細菌的CRISPR陣列，實現了有意義的72比特信息存儲。
DNA有望以其高密度的信息存儲特征成為下一代數據存儲介質，基于DNA存儲開發的DNA計算機具有驚人的優點:1立方厘米的DNA存儲信息比1兆張光盤存儲的數十幾小時的DNA計算相當于所有電子計算機出現以來的總運算量。
DNA存儲技術的獨特優勢——具有極高密度的存儲容量。
當然，目前的DNA存儲技術也存在着體外DNA合成速度慢、錯誤率高、合成費用高等問題。但值得注意的是，在活細胞中，這種情況完全相反，DNA合成速度不快，突變率低，成本不成問題。
由此可見，如果信息可以直接在活細胞中編碼和存儲，将極大地促進基因存儲技術在現實中的應用過程!
因此，為了打造價格低廉、易編碼的活細胞DNA存儲技術，哥倫比亞大學HarrisWang教授領導的研究團隊一直緻力于将信息數據直接寫入生物活細胞DNA。此外，這些脫氧核糖核酸将通過複制的信息，實現信息數據的長期保存。
事實上，早在2017年，研究團隊就使用CRISPR基因編輯系統和基因編程菌來識别生物信号-果糖。當研究人員将果糖添加到培養基中時，細菌中的顆粒表現就會增加。其次，CRISPR-Cas系統将表現的質粒切成碎片，将其中的一部分插入CRISPR陣列，插入的DNA段代表數字位置。
如果缺少糖的信号，CRISPR-Cas系統将随機存儲DNA。這意味着數字為零，研究人員測量這些細菌的DNA，通過識别1或0來表明細菌是否接觸過糖。但遺憾的是，這種設備隻能存儲少量的信息——幾個比特的數據。
将三位二進制數據編碼到細菌中。
現在，HarrisWang教授和同事開發了更簡單、更容量的活細胞DNA存儲技術。他們使用可以編碼更長信息串的系統，與以前的糖果識别系統不同，采用了新的信息編寫的誘導方式-電刺激。
研究人員在細菌中插入一系列基因，使這些基因編程菌對電壓作出反應，增加粒子的表現。類似于果糖識别系統，質粒表現量的增加通過CRISPR-Cas系統在細菌的DNA中寫入數字位置，最後通過DNA順序讀取這些1和0。
通過電刺激和CIRSPR系統将數據信息直接寫入活細胞的DNA。
通過這種新的方法，研究團隊實現了電子編碼最多72位的數據，成功地寫入了計算機領域的古典語言-HelloWorld!的雙曲馀弦值。
不僅如此，HarrisWang教授還表示，他們可以将攜帶信息的基因編程菌混入正常的土壤微生物中，測量混合物，讀取存儲的信息。
這意味着，一旦技術成熟，我們可能可以随時随地在任何環境中閱讀我們想要的數據信息!
72比特數據容量，成功寫入HelloWorld!
當然，該系統仍然存在一定的缺點。例如，如何防止數據信息在細菌複制時發生突變和分解的72比特的信息存儲容量與當前矽介質的硬盤存儲技術相比仍有很大差異。對此，HarrisWang教授說:生物體内存儲數據還處于初期階段，無法與現在的存儲系統競争。
綜上所述，該研究以CRISRP技術和重編程細菌為基礎，成功實現了活細胞DNA的數據寫入和讀取，顯示了DNA存儲技術的新發展方向。雖然離實際應用還有很長的路要走，但不可否認，這是一個非常好的同時也是一個非常關鍵的一步!
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