新的 DNA 存储算法保存了数千年的敦煌壁画信息

发布时间:2022-09-21 13:49:56 来源:本站

本报讯(记者 陈斌 通讯员赵辉)记者近日从天津大学获悉,该校合成生物学团队创新DNA存储算法,将10幅入选的敦煌壁画存储在DNA中。通过加速老化实验,验证了壁画信息在实验室常温下可保存数千年,在9.4°C下可保存2万年。该算法支持DNA分子成为世界上最可靠的数据存储介质之一,可以将面临老化和破坏危机的人类文化遗产信息保存数千年至一万年。

人类文明的发展与存储技术息息相关,从绳索的打结、仓颉创造汉字到磁带、硬盘等现代磁光存储技术。随着科学技术的进步,数据存储方式不断迭代和创新。

中国科学院院士、天津大学教授袁应进团队一直致力于下一代存储技术——DNA存储。 “根据国际数据kok体育官网的估计,到2025年,全球数据总量将达到惊人的175ZB(1ZB≈1021字节)。世界各地都在建设数据中心,能源消耗惊人。DNA存储是由于其高存储密度和低能耗处理等特点,被视为极具潜力的存储技术,是应对数据存储增长挑战的新机遇。”袁应瑾说道。

DNA存储效率高、消耗低,但作为链状生物大分子,在体外常温存储时会面临DNA断裂、降解等风险,严重影响信息存储的长期可靠性。对此,袁应进团队设计了一种基于德布雷图论的序列重构算法,结合贪婪路径搜索和循环冗余校验码,实现断裂DNA片段的高效de novo组装,原则上支持DNA的长期可靠性存储.

结合序列重构算法(内码)和喷泉码算法(外码),团队设计并编码了6.8MB的敦煌壁画,合成了21万个携带图片信息的DNA片段。为了使数据长期可靠,该团队还制备了没有任何特殊保护的水性 DNA 样品,并在 70°C 下加速样品的片段化和降解长达 10 周。处理后的DNA片段80%以上有破损错误,设计的序列重构算法仍能准确组装解码96.4%以上的片段,进而通过喷泉码解决少量片段丢失的问题,原来的敦煌壁画照还是可以完美的。恢复。根据理论计算,这种高温破坏程度相当于在25°C室温下自然保存1000年或9.4°C保存2万年。

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