細菌、DNA都存資料 生物硬碟指日可待

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文/生醫觀點/Alma

科技進步日行千里,電腦領域的大數據分析,也成為現今許多研究及醫學進展的支柱。身處在資訊爆炸的時代,如何處理、儲存資料便成為一大課題。然而,現有的儲存方式顯然還不能滿足科學家們的需求,現在,他們把腦筋動到了活生生的細菌身上!

細菌的免疫機制成為儲存數據的好方法

來自哈佛的遺傳學家Seth Shipman及Jeff Nivala利用最新的基因修編技術CRISPR/CAS系統,將資料編碼寫入細菌的基因之中。CRISPR/CAS系統原本是細菌用來保護自己的一套免疫系統,當細菌遭受到病毒的攻擊時,便會利用CRISPR/CAS系統來辨認病毒的DNA片段,並且將部分的病毒DNA儲存在自己的基因序列之中,當下次再遇到病毒時,就可以利用儲存的片段來辨認病毒,並且啟動防禦機制,防止病毒的感染。科學家利用這點特性,將想要儲存的資料編寫成一連串基因密碼,並且在資料的前後加上一些病毒的基因序列,利用這個人工合成的「假病毒」來感染細菌,當細菌啟動CRISPR/CAS系統時,就能將我們要儲存的訊息保存在細菌的DNA當中了,而這些訊息也能跟著細菌複製繁殖,一代代的被保存下去。

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DNA可以長久且穩定的保存資料

利用細菌保存的數據資料,只要透過基因序列分析的方式,就可以讀取儲存在內的訊息,看似為一個穩定而且可以長久保存的好方法,然而還是有些困難需要克服。一個國字大約需要2位元的空間來儲存,一個大腸桿菌大約只能儲存幾個句子的資訊而已,這也是科學家需要解決的難題之一。在2017年初,Yaniv Erlich 和 Dina Zielinski兩位科學家在<>發表了一項研究,利用單純的DNA,成功儲存大量數據。他們先將要儲存的資料轉為二進位的訊息,再利用人工合成的方式,將訊息轉化成為DNA序列儲存,而當他們反過來,將DNA解碼成為原來的資料時,竟然跟儲存的文件一模一樣,完全沒有任何誤差。他們已經能夠利用DNA儲存一部電影、一份研究論文,甚至是整套電腦作業系統。利用DNA儲存資料的有個很大的優點,就是輕便,每公克的DNA可以儲存約215 PB(Petabyte)的資料,換算一下,只需要4公克的DNA就可以儲存全世界一整年的數據資料呢! 另外,DNA的保存期限遠遠超過現在使用的各種儲存工具,它能夠長久且完整的保存數據資料,或許,再過不久我們都可以自己合成屬於我們的資料DNA了呢!

參考資料:

http://science.sciencemag.org/content/355/6328/950.long

http://www.popularmechanics.com/science/animals/a21268/scientists-turn-bacteria-into-living-hard-drives/
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