国家生物信息中心合作研发DNA数据活字存储打印系统“毕昇一号”

IT之家 3 月 18 日消息，据中国科学院北京基因组研究所（国家生物信息中心）消息，来自该所等单位的科研人员受我国古代活字印刷术启发，提出了一种经济高效的 DNA 活字存储方法，并成功研发出 DNA 活字喷墨打印机“毕昇一号”。相关研究成果作为封面文章发表于《Advanced Science》杂志。

据介绍，DNA 作为天然的数据信息编码存储材料（A-T-C-G 四进制编码），因其高密度（为现有存储介质的 107 倍）、长寿命（低温下可稳定保存长达数千万年）、低能耗等优点，成为一种极具潜力的解决大数据存储困境的替代方案。但目前绝大多数 DNA 数据存储技术采用类似“雕版印刷”的设计策略，合成成本高、耗时长，极大限制了 DNA 存储技术的实际应用。

为突破现有 DNA 存储技术的应用瓶颈，国家生物信息中心应用发展部陈非研究团队与中国科学院计算技术研究所处理器全国重点实验室谭光明、卜东波团队、中科计算技术西部研究院段勃团队合作，借鉴我国古代四大发明之“活字印刷术”逻辑，创新提出了一种经济高效的“DNA 活字存储”设计思路。

该设计思路的核心是“DNA 活字”，它由预制的 20 nt 短双链 DNA 片段构成，可编码 1 字节的内容、地址或校验数据信息，每个片段两端带有 4 nt 的粘性末端，通过一步多级酶连技术形成 DNA 活字块，最终这些活字块可通过活字块两端的限制性酶切位点克隆到质粒中直接体外保存，其亦可通过转化大肠杆菌体内保存。

▲DNA 活字存储流程图

团队为了实现 DNA 活字存储流程的自动化，研发了一款可实现 DNA 活字高通量打印写入的设备 ——DNA 活字喷墨打印机“毕昇一号”，成功打印存储并 100% 精准解码文本、图片、音频和视频等多种类型的计算机数据存储文件。

IT之家从中国科学院北京基因组研究所获悉，研究团队估算目前初代系统一个 DNA 活字可打印 10000 次，存储成本可降至 122 美元 / MB，低于目前所有报道的 DNA 数据存储系统；初代系统的打印效率约为 4 字节 / 秒，用时远低于目前的从头合成的 DNA 存储技术。相关成果论文链接如下：