天津大学DNA存储取得重大突破 可让信息保存千年万年

记者从天津大学获悉，天津该校合成生物学团队创新DNA存储算法，大学得重大突将十幅精选敦煌壁画存入DNA中，存储取存千通过加速老化实验验证壁画信息在实验室常温下可保存千年，让信在9.4℃下可保存两万年。息保该算法支持DNA分子成为世界上最可靠的年万年数据存储介质之一，可以让面临老化破损危机的天津人类文化遗产信息保存千年万年。

该成果近日发表于《自然·通讯》上。大学得重大突

DNA存储的存储取存千敦煌壁画

从结绳记事、仓颉造字到磁带、让信硬盘等现代磁光电存储技术，息保人类文明的年万年发展与存储技术密切相关。随着科学技术的天津进步，数据存储方式不断迭代创新。大学得重大突中国科学院院士、存储取存千天津大学元英进教授带领团队一直致力于下一代存储技术——DNA存储。“据国际数据公司估计，到2025年全球数据总量将达到惊人的175ZB（1ZB≈10的21次方字节）。全世界都在建数据中心，数据中心的能耗是惊人的。DNA存储由于其高存储密度与低能耗处理等特点，被视为一种极具潜力的存储技术，成为应对数据存储增长挑战的新机遇。”元英进院士介绍说。

2021年8月元英进教授团队取得DNA存储的重大突破，从头编码设计合成了一条长度为254886碱基对、专用于数据存储的酵母人工染色体，将两张经典图片和一段视频存储于人造染色体中，利用酵母繁殖实现了数据稳定复制，并用纳米孔测序器件实现了数据快速读出与无错恢复。

DNA存储高效低耗，但作为一种链式生物大分子，在体外常温保存时会面临DNA断裂降解等风险，严重影响信息存储的长期可靠性，是亟待解决的关键科学问题。对此，元英进团队设计了基于德布莱英图理论的序列重建算法来解决DNA断裂等问题。该算法结合贪婪路径搜索和循环冗余校验码来实现断裂DNA片段的高效从头组装，从原理上支持了DNA存储的长期可靠性。

结合该序列重建算法（内码）与喷泉码算法（外码），团队设计编码了6.8MB敦煌壁画，合成了承载图片信息的DNA片段21万条。为数据的长期可靠性，团队制备了一个没有任何特殊保护的DNA水溶液样本，并在70℃下加速样本断裂、降解长达十周。处理后的DNA片段80%以上都发生了断裂错误，依靠设计的序列重建算法依然可以准确组装并解码96.4%以上的片段，再通过喷泉码解决少量片段丢失的问题，原始的敦煌壁画图片依然能够完美恢复。根据理论推算，这种程度的高温破坏相当于实验室常温25℃一千年或者9.4℃长达两万年的自然保存。

这是继基于人工合成染色体的酵母体内信息存储模式取得突破后，天津大学合成生物学团队在DNA信息体外存储模式上取得的又一重要突破。