2019年12月10日,MyHeritage的最高科学家哥伦比亚大学副教授Yaniv Erlich在《自然生物技术》( naturebiotechnologies )杂志上发表了最新成果。 研究小组用3D印刷制作兔子,将该兔子的三维结构数据以双链DNA结构的形式编入印刷材料中。 也就是说,该兔模型通过编码和解码,实现了自身数据的DNA积累和传输。 详细内容为“所有硬盘! “兔”的实证DNA存储无处不在,中国已成为重点专家|专家解读"
据Yaniv Erlich报道,这项研究的最大突破是证实了一切都能够实现DNA记忆的理论,在没有任何形状限制的情况下,从记忆密度来看,10吨DNA能够记忆人类已经创造的所有信息
在2019年12月13日第三届EmTech China全球新兴科技峰会的《机器人未来》版本中,Yaniv Erlich以《The DNA of Things》为主题,向观众讲述了DNA存储技术的潜在应用,并在演讲现场对该DNA存储数据的
作为MyHeritage.com的最高科学家,Yaniv Erlich对基因隐私和基因组数据领域的基础研究做出了巨大贡献,发现了基因数据中存在的隐私脆弱性,Nature被称为“基因黑客”。 另外,他制作了包含1300万人口的家谱,是现在史上最大的家谱。
从基因数据中我们可以知道什么样的信息? 我能做些什么呢? 有哪些潜在的应用程序? 以下是Erlich在EmTech China上的演讲内容。 ———
在过去的70年里,我们看到了技术的迅速发展。 例如,在50年代,6个强大的人需要推进大型设备,现在智能手机芯片可以装载更多的信息,这么多人不需要推进大型设备了。
除此之外,还有许多特别是数据存储方面的挑战。 首先,我们不再像以前那样享受狂欢的时代了。 例如,现在的积蓄量与其成本的比率不断变化。 我们现在看到了很多创新的方法,基本上每年都能将这个成本削减30%。
但是,2010年,我们发现创新速度缓慢。 主要原因是难以使这些设备的成本更高。
另一个是数字技术的发展,各个设备的构造也有不同的情况。 可能需要完全进行数据和技术转移。
例如,我喜欢的70年代的电影,也许在一张光盘上,但是因为现在的设备已经不出来了,那个格式是错误的,硬件不支持的,很多的内容已经读不出来了。
DNA是我们真正的存储技术吗?
首先,让我们来看看在过去的35亿年中,DNA存在,未来也一直存在着。
我们相信将来我们必须借助DNA的力量,它是生命物质的一部分,我们可以通过了解自己的DNA了解自己的构成。
90年代的盘,上面的伤口很清楚,而且不能修复。 任何数字技术都有这样的问题。 在你过了10年之后,基本上这样的硬件坏了,不能读那个信息了。 但是,DNA即使发现了数千年前的残骸,也能通过DNA了解当时的状况。
所以,我们在考虑DNA是否能够保存信息,如何制作基于DNA的文件呢? 每个文件实际上都是0和1的序列(二进制配置),可以以此格式存储文本或歌曲。
DNA也是ATCG的一些不同碱基组合的序列。 我们能够如a为00、c为01那样按字符分配,可以用二进制表述这个DNA的代码,也可以利用合成化学技术。
一种方法是喷墨打印机,实际上有不同的喷墨针,可以把ATCG放在喷头上,用化学物质印刷,制成DNA的排列,最终可以得到试管那样的东西,作为液体存在。
想读取的话,可以放在可编程控制器上,读取由测序器保存的数据。
现在我和我的团队也想实践这个理念。 我们使用电脑操作系统,读年轻时的电影,我们把所有的数据都放在小试管里,我其实身上,如果你看不清楚的话,就什么都没有,其实这个意思,真的很小,几乎看不见
这个DNA在小试管里,可以用测序仪读取。 那里没有任何损失。
当然,这项技术有缺点。 每次读这份文件,都需要抽出这种液体的一部分。 如果你想多次决定排列,最终样品量可能会减少。
我女儿非常喜欢电影的主题曲。 想象一下,如果这首歌的信息保存在DNA中,并且你一直在排序,最后这个故事可能会越来越少。 我们现在认为人体内的细胞可以继续复制DNA。 我们可以用PCR进行同样的放大。 这是实验室能做到的。
你能正确读这份文件吗?答案很好。 我们复制多次后,两部电影相同,没有什么区别,因为我们有很好的纠错码。 虽然复印过程中会发生错误,但是我们能很好地纠正错误。
另外,在DNA中我们的信息密度能达到多少,DNA能积累多少比特的信息,我想试着做一下实验。
为了这个实验,我们拿着这个试管,一滴一滴地取出来,我们把它的浓度稀释到过去的十分之一,然后再取一滴,再取一滴,然后一直稀释,直到我们从另一滴液体中读不到任何信息
我们最后得出的结论是,我们的最大密度是,每个DNA都有125“艾”字节的信息,因此基本上可以想象,在这样的房间里,所有这些信息只要是笔记本电脑,都可以存储在DNA中。
人类制作的数据总量为10~24次方,我们可以用10吨的DNA保存所有的电影、微聊天记录,所有的人类制作的数字信息,所有的数字信息都可以保存在10吨的DNA中,可以想象这10吨的DNA可以直接安装在大型卡车上
另外,还可以分享我们的想法。 我们可以想象传统的存储设备。 他们有一定形状的限制。 之所以被称为CD光盘是因为光盘是圆的。 不能改变形状。 你也不能折叠那个。 那个必须是磁盘。 胶卷就像卷一样,把它弄坏了就没有信息了。 所谓硬盘驱动器、硬盘驱动器,因为是硬盘驱动器,所以不能破坏它,也不能改变形状,但DNA是液态的信息存储方式,其排列顺序没有特定的要求。
为什么我们不能使用这样的技术,用材料填充它,使它成为我们的一般,这些一般都含有我们积累信息的DNA。
这次不要放在试管里,放在小硅珠里,用胶囊封住,把小珠放在聚合物里,然后把塑料做成想要的东西或形状。
我们生产了眼镜镜片。 里面有我们的硅珠,硅珠里有DNA,DNA里有很多电影,想看电影的话,从里面剥下一些硅珠,分析它就可以看电影。
比较左侧和右侧的镜头可以看出,完全透明,左侧没有硅珠,右侧有硅珠。 因此,我们可以使它变得非常常见。 例如,在这样的硅珠中,你记住个人信息、机密信息,比如密码,戴上这副眼镜,谁也没有意识到它有什么稀奇之处。
我手里的这只兔子是用3D印刷的,不是普通的。 兔子里有DNA,这个DNA上写着如何印刷兔子的3D印刷命令。 这样的兔子有生产的具体指令,兔子有硅珠,硅珠有DNA信息,这个DNA信息怎样制作这个兔子的生产信息,我们只需稍微折叠这个兔子的耳朵,读取这个DNA信息,复制,就能把新的兔子 这很酷,新产的兔子也有DNA,所以像兔子的繁殖一样,我们不断复制、重复。
我们经过测试,发现了6代兔子,在最后一代,我们可以从最后生产的兔子中提取出我们的原始信息,没有什么错误,和第一只兔子的信息一样。
物质DNA有什么样的应用呢?我们可以把各种材料的生产方法放在材料本身上。 例如,我们在植入物中放入患者的医疗信息,这个植入物移植了20年之后,患者的病例有可能没有了。 我们可以从这位患者体内取出这个植入物,从中提取信息。
我们也可以用这种方法生产各种汽车零件。 如果说汽车有什么零件损坏了的话,可以从上面掉下什么,重新生产同样的零件。
第二个应用是隐藏信息,我们可以把常见的东西和事物作为隐藏信息的载体。 鞋带、镜片、衬衫或者我们的衣服按钮,这些都有助于我们保存和隐藏信息。 我们也喝饮料,把硅球喝到肚子里,有必要的时候就可以排出去。
第三个应用是我们自我复制的机器人。 因为他们知道机器人不能自我复制,对于自我复制的机器人,他们必须有能力把自己的生产方式自动传达给下一代的机器人。 但是,我们的技术能够帮助满足这个标准和要求,帮助接近自我复制机器人。
我们3天前刚在自然biotechnologies杂志上发表了这一成果,最后,DNA很可能是我们的终极存储设备,其存储密度比我们的其他存储技术高,甚至更长。 我们只用普通的DNA测序仪,就能分析信息。
我们没有材料和形状的限制,我们可以把DNA注入到我们常见的事物中,成为我们常见的事物的一部分。