本文轉自微信公衆號“synbio深波”，作者：synbio深波。
作爲寶貴的人類歷史文化遺產，敦煌壁畫的保護和研究工作一直受到歷史工作者的重視。而隨着科學的發展，一些意想不到的領域也開始爲壁畫的研究工作提供幫助。
近日，天津大學的合成生物學團隊宣佈，通過創新DNA存儲算法，成功將十幅敦煌壁畫存入DNA中，實驗證明，這些壁畫信息可在實驗室常溫下可保存千年，而在9.4°C條件下可保存長達兩萬年。壁畫實體隨着時間推移會不可避免地老化和受損，而DNA儲存的信息則可以帶着壯美的畫卷跨越幾十個世紀甚至幾百個世紀。不知道那時候的人類讀取這些信息的時候，會不會也說一句“DNA動了”呢？
DNA存儲技術
據悉，天津大學的團隊通過DNA合成技術結合糾錯編碼將壁畫信息寫入到DNA中實現了高密度（295 PB/g，1 PB = 1024 TB）的數據存儲。
我們知道，DNA作爲一種鏈式生物大分子，在體外常溫保存時面臨DNA斷裂降解等風險，嚴重影響信息存儲的長期可靠性。爲了克服這一問題，團隊設計了基於德布萊英圖理論的序列重建算法來解決DNA斷裂等問題。該算法結合貪婪路徑搜索和循環冗餘校驗碼來實現斷裂DNA片段的高效從頭組裝，從原理上支持了DNA存儲的長期可靠性。
結合該序列重建算法（內碼）與噴泉碼算法（外碼），團隊設計編碼了6.8 MB敦煌壁畫，合成了承載圖片信息的DNA片段21萬條。爲數據的長期可靠性，團隊製備了一個沒有任何特殊保護的DNA水溶液樣本，並在70°C下加速樣本斷裂、降解長達十週。處理後的DNA片段80%以上都發生了斷裂錯誤，依靠設計的序列重建算法依然可以準確組裝並解碼96.4%以上的片段，再通過噴泉碼解決少量片段丟失的問題，原始的敦煌壁畫圖片依然能夠完美恢復。根據理論推算，這種程度的高溫破壞相當於實驗室常溫25°C一千年或者9.4°C長達兩萬年的自然保存。
該算法支持DNA分子成爲世界上最可靠的數據存儲介質之一。這項技術爲長期保存人類歷史文化遺產提供了一個潛在的數字化解決方案。相關成果以“Robust data storage in DNA by de Bruijn graph-based de novo strand assembly”爲題在線發表於Nature Communications雜誌。
（Song, L., Geng, F., Gong, ZY. et al. Robust data storage in DNA by de Bruijn graph-based de novo strand assembly.）
這是繼基於人工合成染色體的酵母體內信息存儲模式取得突破後(Chen et al., National Science Review, 2021, 8, 5, nwab028），天津大學合成生物學團隊在DNA信息體外存儲模式上又取得一項重要突破。
天津大學合成生物學團隊
天津大學是我國合成生物學研究的優勢單位，建有教育部合成生物學前沿科學中心、科技部合成生物技術國際科技合作基地等國家級基地。合成生物學團隊聚焦國家重大需求，聚焦世界科技發展前沿，建立人工生命體的設計構建原理，突破基因組設計合成、人工細胞工廠精準構建、DNA存儲計算等重大科學與技術難題。着重開展以下合成生物學領域的科學問題的研究：
1）合成基因組學（微生物基因組設計合成、動物人工染色體設計合成、基因組進化等）；
2）人工細胞工廠（天然產物細胞工廠、光電驅動細胞工廠、新型底盤開發等）；
3）合成生物學新理論與新技術（DNA組裝技術、DNA存儲計算、合成生物學智能化自動化等）
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