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日本新技术用细菌DNA存储数据 可保存数千年 |
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| http://cn.newmaker.com
7/4/2007 10:51:00 AM
佳工机电网
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日本庆应大学一个研究小组最近开发出一种可长期保存数据的新技术：利用活细菌替代磁盘和光盘等存储媒介，从而将数据保存数百年甚至数千年时间。6月号的美国《探索》杂志披露了这项研究的详细过程。
先拿大师“开刀”
如果我们能够将信息编成密码并植入细菌的基因组，它们将永久性地得以保存并复制下去。这听起来有些不可思议，但日本的分子生物学家至少是这么打算的。通过将爱因斯坦的著名方程式E = mc2以及提出这一方程式的年份——1905年这些信息植入枯草杆菌，他们验证了这种存储方式的可行性。
日本研究人员说，这无疑是一种更为聪明的做法。生物技术公司一定会千方百计地获得基因改造过的生物体的“版权”，手段便是在新创造的生物的遗传密码中植入一种商标的编码信息。
日本庆应义塾大学高等生物科学研究所分子生物学家选择强壮的枯草杆菌作为实验对象。枯草杆菌是一种无害的土壤细菌，形成能够对紫外线、脱水、供氧和营养物不足、以及有机溶剂产生抵抗力的孢子。研究小组最后选定爱因斯坦有关相对论的方程式，原因是：“它是20世纪最为重要的遗产之一”。一位研究人员说：“但我们并不是爱因斯坦的狂热崇拜者。”
方法绝对超前
实验的第一步是将“E = mc2 1905!”中的每一个符号转换成二进制码(标准的计算机语言，由0和1这两个数字组成)。接下来，便是将得出的二进制码植入枯草杆菌自己的数据存储密码——DNA。
DNA的基本单位是4个构成核苷酸的主要成分：腺嘌呤(adenine，简称A)、胞核嘧啶(cytosine，简称C)、鸟嘌呤(guanine，简称G)和胸腺嘧啶(thymine，简称T)，它们被一个糖基-磷酸盐骨架连接在一起。
利用自己的编码方法，研究人员通过将二进制码的基本单位转换成两个核苷酸，得到了两套具有相容性的密码。例如，4个0对应的是AA，0001对应的是CA，0010对应的是GA等等。
利用DNA-剪接酶，这个日本研究小组随后将携带二进制码的序列码植入质粒——环状双螺旋DNA线粒体。质粒在位于枯草杆菌主染色体之外的细胞质的周围漂浮。为了实现成功的植入，研究人员同样将一个带有抗菌素抗性密码的基因植入质粒。在将这些质粒与枯草杆菌的细胞进行混合后，他们便可以较为容易地测试这些质粒是否已经成功地与染色体融为一体。
最后，研究小组成功地制造了一个电脑模型，用以观察已编码信息随着时间的流逝会发生多大变化，这种变化当然是自然发生的。他们发现，理论上能够找回99%的编码信息，即使15%的DNA区随即交换4个构成核苷酸的主要成分——这个过程要经历几千年时间。
意义相当重大
DNA的完美取决于它的普遍性：它是一种全球通用的密码，近乎所有的生命体都可以共享。这些研究人员比较推崇一种想法——智能生物仍要不断进化，才有可能重新找回其在枯草杆菌中植入的编码方程式。
他提出这样的疑问：“如果我们像恐龙一样面临灭绝的威胁，我们将如何为未来留下一些信息呢？不幸的是，当前使用的软盘和CD等存储方式并不是新型智能生物与人类共有的东西，但DNA却能够做到这一点。如果地外生物也是以DNA为基础的话，我们与它们建立联系的可能性便是存在的。”
庆应义塾大学研究小组的方法能够将大量密码植入细菌的DNA。他们当前能够操控的数量为20万个符号。一位研究人员说：“根据我的初步计算，《圣经新约》大约有100万个英文字母。也就是说，一个细菌能够存储五分之一部《新约》。”
西安大略大学生物计算学教授莱拉·卡里指出：“DNA拥有极大的信息密度。5克DNA的数据存储量相当于占地150公顷的最新式IBM硬盘，真的是令人难于置信。”
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