“阴阳”编解码系统可解决DNA信息存储领域的技术难题

起源于几千年前的中国古代哲学思想“阴阳”，为今天的大数据研究提供了灵感。4月25日，《自然-计算科学》发表一项来自深圳的最新成果，该研究开创了一套独具优势的“阴阳”编解码系统，用以解决当前DNA信息存储领域的技术难题。

研究由深圳华大生命科学研究院主导，深圳国家基因库、首都师范大学、美国哈佛大学等多个研究团队共同参与。

存储信息，DNA是“资深前辈”

我们正处在前所未有的信息大爆炸时代。据估算，2025年全球每天将产生491EB数据，相当于每天制造出2亿张DVD光盘。如此海量数据，如何长期稳定存储?

2019年，“DNA数据存储器”入选《时代周刊》年度100项最佳发明。

如何用DNA存储数据?华大相关负责人用一句话进行了解释。所有信息在计算机中由二进制的方式存储，即0和1两个数码;而储存在DNA中的生物遗传信息，则以A、T、G、C四种碱基表现。“如果把信息语言的0和1，转换为生物语言的ATGC，DNA就有望成为‘完美’存储器了。”该负责人说。

事实上，在信息存储界，相较于现有的U盘、硬盘、磁带等，DNA可以说是坐拥数十亿年经验的资深前辈。

第一是超高的信息密度，2012年《科学》杂志文章指出，1克DNA理论上可以存储455EB数据，相当于数千万个1TB移动硬盘的大小;第二是超长的待机时间，DNA作为相对稳定的分子，其半衰期长达521年，在理想状态下甚至可保存成千上万年;第三是超强的生物兼容性，DNA作为绝大多数生物遗传信息的载体，相对无机物、金属等存储介质而言，具有更强的生物兼容性。

“阴阳”思想，解DNA存储难题

“DNA的双链模型，是否能如‘阴阳’一样对立、统一和互化?”基于此，研究团队开创了一套名为“阴阳”的比特-碱基编解码系统，验证了该系统在信息密度、技术兼容性、数据恢复稳定性等多方面的优势。

“我们以两套不同的规则，分别对两条二进制信息进行‘一对一’编译转换，再取两者统一交集的部分，实现将两条独立的信息组合统一为一串DNA序列。”华大相关负责人表示。

据悉，目前常用的保存方法分为体内和体外两种模式，两者孰优孰劣尚未形成明确定论。为了全方位验证“阴阳”系统的信息恢复稳定性，华大研究院团队通过体外DNA干粉和细胞体内大片段两种存储环境进行测试，皆实现了原始存储数据的完整恢复。(记者 袁斯茹)

关键词： 阴阳编解码系统 DNA信息存储领域 深圳华大生命科学研究院 深圳国家基因库