敦煌壁画可保存两万年?创新DNA存储算法实验验证

发布时间:2022-09-19 09:57:34 【来源:科技日报】

  记者9月16日从天津大学获悉,该校合成生物学团队创新DNA存储算法,将10幅精选敦煌壁画存入DNA中,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,在9.4℃下可保存两万年。该算法支持DNA分子成为世界上最可靠的数据存储介质之一,可以让面临老化破损危机的人类文化遗产信息保存千年万年。该成果近日发表于国际期刊《自然·通讯》上。

  人类文明的发展与存储技术密切相关,随着科学技术的进步,数据存储方式不断迭代创新。中国科学院院士、天津大学元英进教授团队一直致力于下一代存储技术——DNA存储的研发。

  “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约为1021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。”元英进说。

  2021年8月,元英进团队取得DNA存储研究的重大突破。该团队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(兆字节)敦煌壁画,合成了承载图片信息的DNA片段21万条。为保证数据的长期可靠性,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10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℃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成果。(记者 陈曦 通讯员 赵晖)

  来源:科技日报

工业互联网催生新模式新业态 产业化进程不断加速
规范完善“直播带岗”,带动更大范围惠及就业市场
防范惩治电信网络诈骗犯罪,须从源头治理
提升全民认知,推动全民树立正确网络安全观
加强网络法治建设,营造全社会共筑网络安全防线浓厚氛围
在“数与网”的世界,如何才能把握主动权?
抓住数字化变革机遇,数字健康“新基建”提供有力支撑
各方主体合力阻击,防止网课入侵,维护网课安全
[ 最新资讯 ]

敦煌壁画可保存两万年?创新DNA存储算法实验验证

  记者9月16日从天津大学获悉,该校合成生物学团队创新DNA存储算法,将10幅精选敦煌壁画存入DNA中,通过加速老化实验验证,壁画信息在实 ...

持续提升终端用能清洁化水平,深入实施电能替代

  在9月17日开幕的2022全球能源转型高层论坛上,国家能源局局长章建华指出,未来,要持续提升终端用能清洁化水平,深入实施电能替代,到2 ...

云计算也可以“上天”!如何利用科技手段应对“天灾”?

  近期,极端天气不由分说地闯入世界各国人民的生活。  重庆山火、成都限电让许多人被迫迎接烤验;美国东北部多州遭遇严重干旱,纽约州 ...

月球嫦娥石发现记:溯源,科学探索背后无限的好奇心

  每个亮如星辰的成就瞬间,背后都是长年累月的默默无闻  月球嫦娥石发现记  月球样本显微镜照片。国家航天局、国家原子能机构、中核 ...

彰显民族品牌势能,安吉尔净水领域“中国智造”领先技术

  自主创新成就硬实力。9月15日,安吉尔于广州召开战略成果发布会,展现净水领域的中国智造领先技术成果。  专注净水,引领行业科技突 ...

魂归故里,致敬英雄!两架歼-20战机伴飞护航

  16日,第九批在韩中国人民志愿军烈士遗骸,由中国空军运-20专机接迎归国。  在运-20专机进入中国领空后,两架歼-20战机伴飞护航,双2 ...