在当今高科技的现代世界里，数据就在每个人的指尖上，我们所有人所能获得的数据量都在以指数级的速度增长。多年来，在过去10年左右的数据繁荣时期，公司一直在寻求存储更大量数据的方法（包括在硬件和云中），并研究在较小的硬件架构中存储大量数据的方法。

现在，可以肯定地说，如果没有存储这些数据的能力，我们就不会有很多现代的技术能力。然而，随着世界继续创造越来越多的数据，它需要存储在某处。如果数据的生产速度与我们目前的生产速度相同（或更高），那么数据量将很快超过可用的数据存储能力，因此科学家和工程师仍在努力探索新的尖端数据存储方法。

DNA中的数据存储

大多数人都知道DNA（又名脱氧核糖核酸）是一种在我们体内保存信息的分子，即遗传密码。有些人没有意识到这相当于一个生物分子中储存了大量的信息。DNA分子可以在一个双链分子中存储高达215千兆字节（2.15亿千兆字节）的数据，使其成为世界上存储密度最高的介质之一。简言之，我们体内的信息存储设备比我们目前所能创造的能力要强大得多，因此，人们一直在努力利用DNA的能量和数据存储能力为我们自己的人造数据存储系统提供支持。

吸引人的不仅仅是DNA的存储密度；它还有很长的使用寿命，与其他存储介质相比，它具有非常好的能量效率。虽然有几种方法可以在存储设备中使用DNA，但典型的DNA数据存储系统涉及到将数据编码到一系列DNA序列中，从而生成一个存储数据的DNA链池。为了读取存储在这些设备中的数据，DNA链由DNA测序器读取，而保存在这些链中的信息被解码回电子兼容的形式。

目前，基于DNA的存储设备中使用的许多数据库都是静态的，但许多人认为这些设备可能包括一些动态方面，这可能会使其功能超出目前的可能。这些动态实现可能是实现商业上可行的基于DNA的存储系统的关键。

当前数据存储面临的挑战

虽然DNA数据存储设备的可能性是巨大的，但在适合在我们的信息和数据存储系统中广泛使用之前，仍有一些领域需要优化，但这并不是什么新鲜事，因为所有技术都需要经历类似的优化阶段。

目前，在人造系统中使用DNA作为储存材料有一些局限性，它的使用往往涉及到一些权衡和妥协。这些权衡往往围绕着存储设备的动态方面，例如物理可扩展性、编码密度或设备的可重用性，因为创建一个具有这三种功能的设备一直是DNA存储设备设计的关键。

例如，如果我们采用最常见的基于DNA的储存方法，即聚合酶链反应（PCR）储存方法。虽然这是一种可扩展的方法，但它确实需要移除和放大物理数据库的一部分，从而影响存储系统的访问次数。它还要求双链DNA分子在数据有效载荷区熔化，这意味着虽然它可以被有效编码，但存储密度会因此受到影响。

由于DNA固有的存储密度及其在人造存储设备中的应用潜力，科学家和工程师们正在寻找新的方法来创建这些基于DNA的存储设备，而不需要在任何性能/性能方面做出妥协。

一种新型DNA数据存储装置

一个来自美国的研究小组现在提供了一种解决方案，可以帮助解决DNA存储设备中动态方面之间的权衡问题。受微生物学和遗传学研究的启发，研究人员发明了这种装置，使其功能与细胞从基因组获取信息的方式相似。

引用: Nature Communications, Article number: 2981 (2020)

为了实现这一目标，研究人员使用了一种双链DNA分子，它的单链（即RNA）悬在外。这些DNA链都用来存储信息，数据存储系统可以使用这些DNA链来构建。在这种系统中，每个DNA链将包括信息文件，其悬链具有作为文件地址的特定基序列。此外，悬垂DNA链部分允许每个文件彼此分离，并允许在存储操作中进行。这些特征是由具有T7启动子（即核酸碱基序列）的单链实现的，该单链能够同时将信息转录成RNA，从而使信息存储在双链DNA中。

这项工作尚处于起步阶段，只是刚刚证明，有可能创建动态的、不影响关键功能领域的基于DNA的信息存储系统。然而，该工作现在为构建下一代通用和高密度数据存储设备奠定了基础。研究人员给这个系统起的绰号是DORIS（动态操作和可重用信息存储），因此如果我们开始看到数据存储设备中出现了DORIS，那么很有可能它从这里开始。

参考文献： Nature Communications, Article number: 2981 (2020)。