●王新凱

2019 年12 月10 日，MyHeritage 首席科學(xué)家、哥倫比亞大學(xué)副教授雅尼夫·埃利克在《自然- 生物技術(shù)》期刊上發(fā)表了一項最新成果，研究團(tuán)隊通過3D 打印制作了一只兔子，并且將這只兔子三維結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)以雙鏈DNA 結(jié)構(gòu)的形式內(nèi)置在打印材料中。也就是說，通過編碼和解碼，這只兔子模型實現(xiàn)了其自身數(shù)據(jù)的DNA 存儲和傳遞。

雅尼夫·埃利克表示，這項研究最大的突破在于實證了萬物皆可實現(xiàn)DNA 存儲的理論，且不受任何形狀限制，從存儲密度來看，10噸DNA 即可存儲人類已經(jīng)創(chuàng)造出的所有信息！在2019 年12 月13 日第三屆EmTech China 全球新興科技峰會的“賽博未來”版塊，雅尼夫·埃利克以“The DNA of Things”為題，為觀眾講述了DNA 存儲技術(shù)的潛在應(yīng)用，并且在演講現(xiàn)場向觀眾展示這只DNA 存儲數(shù)據(jù)的兔子。

作為MyHeritage.com 的首席科學(xué)家，雅尼夫·埃利克在基因隱私與眾包基因組數(shù)據(jù)領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究工作方面做出了巨大貢獻(xiàn)，曾因發(fā)現(xiàn)公開基因數(shù)據(jù)中存在的隱私漏洞被Nature稱為“基因黑客”。此外，他還創(chuàng)建了包含1300萬人口的家譜，是目前史上最大的譜系圖。

我們到底可以通過基因數(shù)據(jù)了解到哪些信息？我們還可以拿這些信息做些什么？還有哪些潛在的應(yīng)用？以下為埃利克在EmTech China現(xiàn)場的演講內(nèi)容（有刪減）。

在過去的70 年中，我們看到了技術(shù)不斷快速的發(fā)展，比如說在20 世紀(jì)50 年代，你需要6 個身強(qiáng)力壯的人去推一個大的設(shè)備，但是現(xiàn)在，智能手機(jī)的芯片可以搭載更多的信息，不會再需要這么多人來推動這么一個巨大的設(shè)備。除此之外，我們還有很多挑戰(zhàn)，尤其是針對數(shù)據(jù)存儲方面。首先，我們不再像以前一樣享受一個狂歡的時代了，比如說現(xiàn)在存儲的量以及它成本之間的比例，是在不斷變化的，我們看到現(xiàn)在有很多不同創(chuàng)新的方法，基本上每年這個成本都可以降低30%。

但是，在2010 年，我們發(fā)現(xiàn)創(chuàng)新的速度在變緩，主要原因是我們很難把這些設(shè)備的成本變得更優(yōu)。另外一個是數(shù)字技術(shù)的演進(jìn)，有些時候每一個設(shè)備搭建的架構(gòu)是不一樣的，你可能需要完全做一個數(shù)據(jù)和技術(shù)的遷徙。比如說我很喜歡的一個20 世紀(jì)70 年代的影片，可能是在一張光碟上，但是現(xiàn)在的設(shè)備已經(jīng)放不出來了，所以它可能是格式不對，或者是硬件不支持，有很多內(nèi)容已經(jīng)無法再讀取了。

接下來我想給大家解釋，是不是DNA 才是我們真正的存儲技術(shù)？首先可以看一下，在過去35 億年中DNA 都是存在的，而且在未來也會繼續(xù)存在著。我相信未來我們還是需要去借助DNA 的力量，它是任何生命物質(zhì)的組成部分，我們可以通過了解自己的DNA 來了解自己的組成。

20 世紀(jì)90 年代的一個光盤，可以看到上面的擦痕非常明顯，而且沒有辦法修復(fù)，任何的數(shù)字技術(shù)都存在這樣的問題，你過了10 年之后，基本上這種硬件損毀就讓你沒有辦法去讀取它的信息。但DNA，你哪怕發(fā)掘出來了一個幾千年前的殘骸，都可以通過DNA 來了解當(dāng)時的情況。所以，我們就在思考DNA 是不是可以存儲信息，但怎么去打造基于這種DNA的文件呢？每一個文件其實都是一個序列（二進(jìn)制的組成），可能是0 和1，不管是文本，還是歌曲，都可以用這種形式存儲。DNA 其實也是一個序列，它是ATCG 幾種不同堿基的組合。我們可以給每一個字母去賦值，比如A 是00，C 是01，這樣就可以通過二進(jìn)制來描述這個DNA 的編碼，我們也可以利用合成化學(xué)技術(shù)做到這一點。

其中一個方法是用噴墨式打印機(jī)，它其實是有不同噴墨針的，你可以把ATCG 放到噴頭上，它可以利用一些化學(xué)物質(zhì)來打印，生成一個DNA 的序列，最終的結(jié)果是我們可以拿到一個像試管一樣的物品，它是以液體的形式存在。如果你想讀取的話就可以放到一個序列儀上，通過測序儀來讀取出存儲的數(shù)據(jù)。現(xiàn)在我和我的團(tuán)隊也是希望能夠?qū)嵺`這個理念，我們用了一個計算機(jī)操作系統(tǒng)，讀取了一個早年的電影，我們把所有的數(shù)據(jù)都放在了小的試管當(dāng)中，我其實就帶在了身上，你如果看不清楚，覺得什么都沒有，我其實就是這個意思，真的特別小，小到幾乎看不見。這個DNA 是存在于小的試管當(dāng)中，你可以通過測序儀去讀取它，這里面不會有任何的損失。

當(dāng)然這個技術(shù)有一個缺點，每一次你想去讀取這個文件的話，你就需要提取出這個液體中的一部分，如果你要是想無數(shù)次地去測序的話，可能最終樣本量會越來越少。我的女兒非常喜歡一部電影中的主題歌，你們可以想象，如果把這個歌的信息存儲在DNA 上，而你一直在測序的話，可能最后這個片段就剩的越來越少了，那該怎么辦呢？我們現(xiàn)在在想，人體內(nèi)的細(xì)胞其實是可以不斷地進(jìn)行DNA 的復(fù)制，我們其實可以通過PCR 做一個類似的擴(kuò)增，這是可以在實驗室內(nèi)完成的。這個文件我們能不能正確讀取呢？答案是可以的，我們經(jīng)過多次拷貝之后，可以看到兩個電影一模一樣，沒有任何的差別，是因為我們有非常好的糾錯代碼，雖然在復(fù)制過程中會出現(xiàn)錯誤，但是我們可以很好地把錯誤糾正過來。

雅尼夫·埃利克在演講中

另外我們做了一個實驗，也希望看一下在DNA 當(dāng)中我們的信息密度可以達(dá)到多少，一個DNA 最多可以儲存多少比特的信息。為了這個實驗，我們拿了這個試管，每一次我們拿出一滴，我們都會把它的濃度稀釋成過去的1/10，然后我們再拿一滴，再去稀釋它，再拿一滴，再去不停地稀釋，一直在重復(fù)，直到我們沒有辦法再從一滴的液體當(dāng)中讀取到任何信息為止。我們最后得到的結(jié)論，我們最大的密度，在每一個DNA 上，上面可以有125“艾”字節(jié)的信息，所以說我們可以想象，基本上這么一個房間里面，全都是筆記本電腦的話，所有這些信息都可以儲存到一個DNA 上。大家可以想象一下，人類所創(chuàng)造的數(shù)據(jù)總量應(yīng)當(dāng)是10到24 次方，我們只需要10 噸的DNA 就可以儲存我們所有的電影、微信聊天記錄，所有人類創(chuàng)造出的數(shù)字信息，所有數(shù)字信息都可以在10 噸的DNA 上存儲，這10 噸的DNA 直接可以裝到一個大卡車上。

另外還可以跟大家分享一個我們的想法，我們可以想象一下傳統(tǒng)的存儲設(shè)備，他們都是有一定形狀的限制，CD 光盤我們之所以叫它光盤是因為它是圓的，你沒有辦法把它的形狀改變，你也沒有辦法折它，它必須是一個光盤才可以。膠卷像一個卷一樣，如果把它弄壞了信息就沒了。硬盤，我們把它叫做硬盤是因為它就是硬的，你沒有辦法去掰它，你也沒有辦法改變它的形狀，但是DNA 是一種液態(tài)的信息儲存方式，它的排列順序是沒有特定要求的。為什么我們不能使用這樣的技術(shù)，使用材料把它填充進(jìn)來，然后把它做成我們的一般物品，這些常見的物品里面都有我們儲存信息的DNA。這次我們不把它放到試管里面，我們把它放到很小的硅珠當(dāng)中，然后我們用膠囊把它封住，再把這些小珠放到聚合物里面，比如說塑料，然后我們再把塑料做成我們想要的一些東西或者是形狀。我們生產(chǎn)了眼鏡的鏡片，當(dāng)中就有我們的硅珠，硅珠里面就有DNA，DNA里面有很多電影，如果你想看電影，只需要從里面剝出一小點的硅珠，然后把它解析開來，你就可以看電影了。

如果我們把左邊和右邊的鏡片進(jìn)行比較，可以看到它是完全透明的，左邊是沒有硅珠的，右邊的是有硅珠的。所以，我們可以把它做成非常常見的東西，比如你可以在這樣的硅珠當(dāng)中，去存儲一些個人信息、敏感信息，如你的密碼，你戴上這幅眼鏡，但根本沒有人會注意到它有什么不同尋常的地方。我手上的這只小兔子是3D 打印的，但不是一個一般的兔子，因為這個兔子里有DNA，這個DNA 里寫了如何打印這個兔子的3D 打印指令。我們可以想象一下，這樣一只小兔子里有生產(chǎn)它的具體指令，兔子里有硅珠，硅珠里有DNA 信息，這個DNA 信息就是如何制造這只小兔子的生產(chǎn)信息，我們只需要把這只小兔子的耳朵折下一點，讀取這個DNA 信息，進(jìn)行復(fù)制，就可以生產(chǎn)新的小兔子了。這是非?？岬?，因為這些新生產(chǎn)的兔子也有DNA，所以我們不斷地復(fù)制這樣的小兔子，就像兔子繁殖一樣，我們不斷地復(fù)制、不斷地迭代。我們測試了一下，生產(chǎn)了6 代這樣的兔子，在最后一代的時候，我們還是能從最后生產(chǎn)的兔子里，提取到我們最原始的信息，沒有任何的錯誤，和一開始兔子上面的信息是一樣的。

物聯(lián)DNA 有什么樣的應(yīng)用呢？我們可以把各種各樣材料的生產(chǎn)方式放到材料本身，比如說我們可以在植入物當(dāng)中放上病人的醫(yī)療信息，以后等到這個植入物植入了20 年之后，可能患者的病例已經(jīng)沒了，我們只需從這名患者體內(nèi)拿出這個植入物，從里面提取信息就可以了。我們也可以用這樣的方式來生產(chǎn)各種各樣的汽車部件，如果說汽車有什么部件損壞了，我們只需要從這上面刮下來一點東西，就可以重新生產(chǎn)同樣的部件。第二個應(yīng)用就是隱藏信息，我們可以把一些常見的東西或者是物件當(dāng)作隱藏信息的載體，就像是我們的鞋帶、鏡片、襯衣或者是我們衣服上的扣子，所有這些都可以幫助我們來儲存和隱藏信息。甚至是我們也可以通過喝飲料的方式，把硅小球喝到肚子里面，然后需要的時候我們再把它排泄出來。第三個應(yīng)用就是我們自復(fù)制的機(jī)器人。因為我們知道機(jī)器人是沒有辦法自復(fù)制的，但是對于自復(fù)制機(jī)器人，他們需要有能力把自己的生產(chǎn)方式自動傳遞給下一代的機(jī)器人，但是我們的技術(shù)是可以幫助滿足這種標(biāo)準(zhǔn)和要求的，這就幫助我們更加接近了自復(fù)制機(jī)器人。

DNA 很有可能是我們終極的儲存設(shè)備，它的存儲密度要比我們其他的存儲技術(shù)都要高，而且它會更加持久，我們只要使用一個一般的DNA 測序儀，就可以把信息解析出來。因為我們沒有任何材料或者形狀上的限制，我們可以把DNA 注入到我們常見的物件當(dāng)中，然后成為我們常見物件當(dāng)中的一部分。