提起信息數據的存儲，人們一般想到硬碟、光碟、U盤，或者以前的磁帶、錄像帶。但是近幾年出現的一種新興技術探索方向，你或許想不到，那就是大自然最古老的、迄今容量最大的存儲媒介——DNA。
每周，全球科技投資人、海銀資本創始合伙人王煜全都會在得到app的知識城邦平台，為大家分享一家科技公司，以及一門前沿技術。而在前不久的知識城邦上，王煜全就對DNA存儲技術進行了深入的分析。
能當磁碟的DNA：信息存儲的新方案
DNA存儲技術屬於合成生物學的範疇，也就是人工合成的DNA來存儲數據。其實原理非常容易理解，現在的計算機存儲技術是把數據轉換為0和1的二進位數據，而DNA存儲是靠4種鹼基數據（A、T、C、G），用合成技術把DNA合成出來。想讀取的時候呢，就對這段DNA做測序。
上世紀以來，科學家就萌生了用DNA的4種鹼基來存儲數據的想法。2017年哈佛大學的George Church教授就把一部電影的數據存儲在了活的大腸桿菌的DNA里。不過現在的大部分研究都是合成DNA乾粉，而不是活的細胞里。
2019年12月9號《自然 - 生物技術》（Nature Biotechnology）上最新發表的一篇論文，把DNA信息存儲技術向前推進了一大步。這篇論文提出了「萬物 DNA」（DNA-of-things，DoT），也就是「世間萬物都可以用來存儲DNA」的理論。兩位通訊作者（項目的主導者）分別是基因檢測公司MyHeritage首席科學家、哥倫比亞大學副教授Yaniv Erlich，以及蘇黎世聯邦理工學院功能材料實驗室教授Robert Grass。
在研究中，人工合成的DNA片段被封裝進納米尺度的二氧化矽小球內，把這些小球混合到一種可塑性的3D列印塑料里（列印技術簡稱FDM，融化成型），然後列印成一個3D的兔子模型，這隻兔子模型就實現了數據的DNA存儲。
剛才只是實現了DNA的封裝，如果要獲得數據呢，還需要進行讀取。在DNA讀取的研究中，研究人員把3D列印兔子中的DNA提取出來，進行擴增，把兔子進行複製。從第1代兔子複製到了第5代，沒有任何信息損失。論文里顯示，第四代和第五代之間相隔了整整9個月，DNA 信息一直保持高保真性和穩定性。除了3D列印兔子，研究人員還把一段DNA信息裝進樹脂玻璃材料內，然後用這種材料製造了一副眼鏡。
實驗所用的3D印表機名為Ultimaker，是一家荷蘭公司。在FDM技術路線的3D列印上（也就是列印塑料，融化擠出成型），Ultimaker公司可以說是該技術路線的鼻祖。科學家利用產業界提供的先進設備，雙方協同合作，從而實現了研究項目的順利完成。
相信你現在理解論文中提到的「萬物 DNA」是什麼意思了。在我們目前的存儲技術中，硬碟、磁帶、光碟…..都是固化下來的形態，時間長了有可能老化，還存在不兼容的問題。而 DNA這種存儲方式則不受任何形狀限制。理論上你能想到的任何物件，DNA存儲都可以實現。
這項研究的兩位主要教授都有自己擅長的研究領域。Yaniv Erlich教授負責DNA數據的存儲，他是紐約基因組中心核心成員，專注於DNA數據存儲的研究。2017年，他把完整的計算機作業系統、電影及其它類型的文檔。存儲在了合成DNA中，發表在Nature上。
另一位是Robert Grass教授，他的強項是納米材料領域，在這項DNA存儲研究中，他主要專注在把DNA 封裝到材料中的研究。
這個DNA存儲技術已經有專利布局了。Yaniv Erlich擁有DNA 存儲領域的專利；蘇黎世聯邦理工學院擁有 DNA 封裝的專利；兩位教授都是「萬物 DNA」（DoT）專利申請的發明人。
未來裝有DNA的機器人，或能實現自我複製
這項技術的應用前景，主要有三個方面。第一就是前面提到的，我們可以把任何物體當做DNA存儲的介質。比如，把牙科植入物患者的病例信息存儲在植入的牙齒里，30年後電子病歷可能已經沒了，而牙齒里的信息還完好無損；把汽車所有零部件的數據存儲在汽車部件里，如果說汽車有什麼部件損壞了，直接讀取數據就可以生產一模一樣的部件。
第二就是信息加密。由於世間萬物皆可作為存儲介質，那麼想盜竊數據的人就麻煩了，因為他不知道加密信息是在哪個物品里。就算他找到了存儲DNA的介質，讀取和檢測DNA也不是一件容易的事，需要很高的技術門檻和專業的儀器設備才能完成。
第三個應用離我們相對遙遠，也是Erlich教授所暢想的那樣，可以用來製造自我複製的機器人。現在的機器人是沒辦法自我複製的，但是DNA是可複製的，那麼把合成DNA與機器人一結合，機器人可以複製創造出跟自己功能一樣的機器人，且DNA數據信息可以完好無損地一代一代傳下去。聽著是不是很像未來的智能製造場景？
那麼，DNA存儲是否是未來有競爭力的解決方案呢？王煜全在《創新生態報告》里介紹過，科研追求理論突破，而從實驗室成果變成實際可用的產品，還需要經歷漫長的技術優化過程。就算科研成果再先進，投入不了市場的話，熱鬧熱鬧也就結束了。所以，要想真正得到應用，僅僅有科研的突破是不夠的，還要綜合考慮應用的效率、成本等方面。
就這個DNA存儲技術來講，首先是效率慢，現在的DNA存儲技術的合成和讀取都很慢，光是合成就要耗費好幾周的時間，而傳統的磁碟幾秒就可以存儲和讀取了。其次是DNA存儲的成本太高了，跟磁碟存儲相比差了上百萬、甚至近一億倍。所以，DNA存儲現在還不能像硬碟那樣隨時隨地寫入或讀取信息。
關於未來DNA存儲的一個發展方向，我認為是向器械化、小型化發展。現在的DNA測序設備已經越做越小，如果能夠跟DNA的存儲技術相結合，實現標準化、流程化的操作，那麼未來DNA存儲實現消費級的應用還是有可能的。未來值得期待，但是我們今天只是走了萬里長征的第一步。
在國外，微軟研究院、華盛頓大學的DNA存儲技術已經走在了前列，但是在國內還處於剛起步階段。留給大家的一個思考是，我們在基礎研究上能不能加強？現在的合成生物學甚至整個生物科技產業，基礎研究和產業的結合只會越來越緊密。高校負責科研，企業負責產品轉化，推向市場。
我們能不能產業和高校緊密結合，未來能不能有原創性的突破？這是值得我們創業者、投資人、研究人員一起去思考的。基礎研究的突破能夠壯大產業，產業起來了也能夠反哺基礎研究，中國的生物科技才能真正強大起來。