記者從天津大學獲悉，該校合成生物學團隊創新了DNA存儲算法，將十幅精選敦煌壁畫以DNA形式存儲。通過加速老化實驗，驗證了壁畫信息在室溫下可保存數千年，在9.4下可保存2萬年。這種算法支持DNA分子成為世界上最可靠的數據存儲介質之一，可以讓人類文化遺產的信息保持數千年面臨老化和破損的危機。

這項成果最近發表在《自然 通訊》上。

DNA存儲技術概念圖

人類文明的發展與存儲技術息息相關，從打繩結、倉庫寫字，到磁帶、硬盤等現代磁光存儲技術。隨著科技的進步，數據存儲方式也在不斷迭代創新。中國科學院院士、天津大學教授袁帶領團隊致力于下一代存儲技術—— DNA存儲。

據國際數據公司估計，到2025年，全球數據總量將達到驚人的175ZB(1ZB10的21次方字節)。世界各地都在建數據中心，數據中心的能耗驚人。由于其高存儲密度和低能耗，DNA存儲被視為一種潛在的存儲技術和應對數據存儲增長挑戰的新機遇。金苑院士說。

2021年8月，袁教授團隊在DNA存儲方面取得重大突破，從零開始設計合成了一條長度為254886個堿基對的酵母人工染色體，并在人工染色體中存儲了兩張經典圖片和一段視頻。酵母繁殖實現了數據的穩定復制，納米孔測序儀實現了數據的快速讀取和無錯恢復。

DNA存儲高效低耗，但作為一種鏈狀生物大分子，在體外室溫保存時會面臨DNA斷裂和降解的風險，嚴重影響信息存儲的長期可靠性，是亟待解決的關鍵科學問題。對此，袁團隊基于Desble的英國鏡像理論設計了一種序列重建算法，用于解決DNA斷裂等問題。該算法結合貪婪路徑搜索和循環冗余校驗碼，實現了斷裂DNA片段的高效從頭組裝，從原理上支持了DNA存儲的長期可靠性。

團隊將序列重構算法(內碼)和噴泉碼算法(外碼)相結合，設計并編碼了一幅6.8MB的敦煌壁畫，合成了21萬條攜帶圖片信息的DNA片段。為了數據的長期可靠性，團隊準備了一個沒有任何特殊保護的DNA水溶液樣本，在70下加速樣本破損和降解長達十周。處理后的DNA片段80%以上有斷裂錯誤，96.4%以上的片段仍能被設計的序列重建算法正確組裝和解碼。那么，通過噴泉碼就可以解決少量碎片丟失的問題，仍然可以完美還原敦煌壁畫原畫。根據理論計算，這種程度的高溫破壞相當于室溫25自然保存1000年或9.4自然保存20000年。

這是繼基于合成染色體的酵母信息存儲模式突破之后，天津大學合成生物學團隊在體外DNA信息存儲模式方面取得的又一重要突破。

來源：新華社張建新趙輝

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