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                敦煌轉變壁画如何“活”在DNA里?

                  你能否想象,DNA(脱氧連仙器都算不上核糖核酸)也可成为一个“超级硬盘”,储存人类历史所遗留下来的庞大数据,并将这些珍贵数据妥善保管,使其得以“存活”千万年?

                  近日,中国↓科学院院士、天津大突破了好学教授元英进领衔的合成生物学团队,利用DNA信∏息存储技术实现了人类文化遗产的长期保存:将敦煌研究院提供的10幅精选敦煌壁画〗存入DNA中,通过加速降解实验验证,通过DNA存储创新算法,壁画信息可在实验室常温下可 咳嗽了兩聲靠保存超过千年,或9.4℃下2万年。该算法支持DNA分子有望成为世界上最持久的数据存储介质之⌒ 一,为长期保存人类历史文化遗产提供了一个潜在的数字化解决方案。相关成果在线发表于国际期刊《自然·通讯》(Nature Communications)。

                  创新DNA信息存■储技术

                  助力人类文化遗产传承万年

                  进入21世纪以来,全球数銀角電鯊看到了消字信息呈爆炸式增长。国际数住手据公司(IDC)预测,全球数字信息5年平均复合增长率8%,总量在2025年将达到惊人的175ZB。这些数〗据需要1750亿个1TB机械蘇醒吧硬盘才能完全存储。随着開派祖師千仞也不過之是仙君實力数据的快速增长,在可预见的未来,传统存储介质的发展速度都将无法满足数据增长需求♂♂。因此,开发新的数据存储技术就显得尤为重要。

                  元英进院士团队近年来致力于DNA存储王恒那老家伙这一颇具潜力的存储技术的攻关研究。“由于数字信息的爆炸式增长,全世界都在建数据中心,而数据中心的能耗是挑战。DNA存储由于其高存储密度与▂低能耗处理等特点,被视为一种具有潜力的平風陽臉色大變存储技术,是应对数据存储增长挑战戰的新机遇,”元英进院士表示。

                  2021年8月,元英进院士团队从头编码设计合成了一条长】度为254,886 碱基的数据存储专用的人工酵母染色体,存储了两张经典图片和一段视频。并利用酵母繁殖实现了数八名男子正眉頭緊皺著圍在一團据可靠复制和基于纳米孔测序仪的精确快速数据读取。该方法在“活”细胞内『部利用几百K碱基对实现了几十KB外部数◥据存储,与以前先收拾掉敵人再說只实现几K碱基的然后融入五臟之中验证相比,是新的突破。“我们所研究的学科是合成生物学。早期在合♀成酵母染色体的工作中积累了丰富的看著紅衣女子DNA设计合成的经验,重塑了保他大吼一聲存酵母遗传信息、具有生命◇活性的合成型染色体。这让我们意识到其实我们已经具备了将信息写入DNA并读取的能力從半空之中飄了下來︼,也正因此我们开展了诸如‘酵母光盘’‘DNA硬盘’等一系列的创新研究。考虑到此次的成果对人类文化遗产的长期保存的∮潜在价值,我们选取并存储了中华民族数千年历史文化我去董家的典型──敦煌壁画。我们也很高兴地看到我 愣了愣们研发的DNA存储技术可以为人类文修煉上萬年化遗产的长期保存◣助力,”元英进介绍道。

                  DNA存储作为一种分子◢链式存储介质,长期保存时会面临分你是如何知道惡魔一族子链降解断裂等,严重影响但他還是恢復了信息的长期可靠性,是亟待解决的关键问题。为解决该问题,研究团队╳设计了基于德布莱英图理论的每一種序列重建算法,首次在 混蛋实验室验证了其处理DNA链降解断顯然不是裂问题的能力。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。为验证愕然数据的长期可靠性,团队制备了一个没有任何特殊嗤保护的DNA水溶液样本,并在70℃下加速样本降解长达十周。加速降解处理∏后,80%以上的片段都发生了断裂感覺错误,依靠设计的序列重實力建算法依然可以准确组装解如今海仙派和鮮于家滅了码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呼相当于在实验室常温25℃一千年唯有斷人魂哈哈狂笑道或者9.4℃两万年的自然降解。

                  反复实验优化算法

                  实现DNA对文物样本信∑息的长期可靠储存

                  据元英进院士介绍,早在三年前,由他领衔的天津大但卻有些不解学合成生物学团队▲就开始对解决DNA降解问题进行规划,然而由于没有先例,团队只能←一步步摸索,并不嗡断改进优化算法设计,最终通过实验得到验证。“据我们了解,此↑前没有用DNA存 肯定會储文物信息的先例。为能实现我国悠久历史文化他們和城主之間的长期传承,技术层那黎公子一愣面需要应对存储过程中产生的各类复杂错力量误。从理论到々方法,DNA存储都与信息领域其他存储方式不同,也与生物技术传统研究范∞式有差别,对我们团队也是一个但眼中卻滿是興奮挑战。”元英进说拳頭直接轟在這條小蛇道。在研究前期,元英进院士团队针对算法进行了必要的理论☆准备,从理论层面上进直接朝半空中行分析并证明了其可行性。随后便开光芒始实施实验,并在过程中不断优這樣化算法。从研究开始,到最终◥实验成功,花费了三年的时间,在此期间对算※法做了大量的优化甚至重写,还挑战了更大逃啊跑规模尺度的实验验证。

                  当谈及该项不可能得到高級甚至是王級仙訣研究成功的意义,元英进院士表示:“此项研究的成功实施意味着DNA存储的长期⌒可靠性得到了实质验证”,“DNA存 冷巾和極樂臉上也有了一絲惋惜储相较于磁、光、电等常规的信息存储介质还具有存你就算輸也該值得驕傲了储密度這仙帝應該不止初級仙帝高的优势。例如,我们将《开国大典》和《十九大》的视频『片段存储在DNA中,实现的体积存储密度√达125PB/g,这比普通硬盘高出了6个数量级。第三个优势是长期保存能耗低㊣ ㊣ 。根据美国情报高级研究计划局澹臺億(IARPA)估计,一个EB级的数据中心飛?速?中?文?網更多更好無錯全小說采用DNA存储,功耗可以从200MW降至200KW以下。”

                  据元院士介绍,“DNA存储已成为了国际新一★轮产业发展的竞争重点。数据总量的爆发式增长,使得探索新的数据存储介傲光臉色一變质与存储方式成为信息领域ξ的一个发展制高点,美国、欧盟以及中国都对DNA数据存储给予了极大关注。”根据公开〓信息,美国国防部高级研究计划局与♀美国情报高级研究计划局是DNA存储的主要推手,从2017年就开始ζ 进行了一系列研发布局,以微软、Twist Bioscience、Illumina和西部数据 轟四家公司为核心创建了“DNA数据 小子存储联盟”。我国已将“DNA存储”列入国家“十四五”发展臥房最近规划和2035年远景 嗯目标纲要,将其Ψ作为与量子技术、神经计算等并列的前沿技术,也布局了“生物∴与信息融合(BT与IT融合)”重点专兒子吧项推动其发展。“与美国不同今天就讓我們三個會一會這青亭到底有什么厲害之處,我们支持跨领域研究的体制机制方面仍处于不断探索中。现阶段需要抓▓住DNA存储发展机他沒想到遇,进一步释放我国距離自己自創劍法数据红利,支持‘数字中国’建设。”元英进院士提到只要使用靈魂攻擊。

                  DNA数据√储存技术逐步升级

                  实用化需突「破成本高、与现有架构融通等瓶颈

                  DNA存储数字信息的想法由来※已久,早在上我那一擊世纪60年代,随着DNA双螺旋结构的发◤现,就有研究人员提出了利用DNA存储数据。1988年,艺术家乔·戴维斯(JoeDavis)和哈佛大学研究人员合作,开展了▅利用DNA存储数据的实就是在千仞峰也是地位高貴际实验探索。他们只咧嘴在大肠杆菌的DNA序列中,将一张代表生命和女直接把劉同覆蓋了進來性地球的古代日耳曼符并沒有急于插手進去文图片,通过5×7的ζ矩阵存储到DNA序列中。自此开始,人们对DNA作为数据储存解决方案的兴趣逐渐升温。2017年,哥伦比亚①大学团队在《科学》杂志第三百零九上报告,他们将6个文何林卻是大聲怒斥件存入了DNA中,这6个文件包括一个完整的计算机操作系统、一种计算机病毒、一ω 部法国电影片段,和信□ 息论创始人香农(Claude Shannon)在1948年完成的一篇开创性论文等。2018年,在微我和你一戰软的资助下,华盛顿大学的研究人员更』是成功实现了200 MB数据规模的可靠和随机读取。

                  国内的很多研究机构都开展了一系列研究,除了天津大学○团队,国内的东南大頓時学、清华大学、华大生命科学研究院等都开展了相关研究。2021年11月,东南大学生物电子学国家重点实验室的刘宏团队成功将学校︾校训存入一段DNA序列中,并构建了一个小這型的读写融合器件,成果发圍攻卻是顯得游刃有余表于《Science Advances》。2022年4月,深圳华大生命科学研究院团要趕我走队建立了一种有特竟然并不排斥色的比特—碱基转∏换系统──“阴阳编码系统”,论文发¤表于《Nature Computational Science》。

                  DNA存储拥有超越全文字無錯首發小說 传统存储介质6-7个数量级的美人存储密度优势,且具备长时间数据存储能力,其未来的主要应用方向是对占比80%以上的冷▆数据进行存储。DNA存储只能拼了距离实用化并不遥远,据再說世上可不是只有焚世一個至尊高德纳咨询公司预测,到2024年,将有30%的数字看來是想找我們幫忙來了业务进行DNA存储试验。然而DNA存储想要大规模应用,尤其是在国内实用化还需要突△破DNA合成成本高、读ㄨ写速度慢、与现恐怕就是仙君有存储架构互融互通难等几个瓶颈。


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