随着信息技术的发展，数据真正成为了一种新型生产资料。不过，它的爆炸式增长也让存储成为新的挑战，基于硅材料的计算机存储方式逐渐变得难以应对。在此背景下，积极探索 DNA 存储以作为下一代的数据存储方式意义重大。

　　DNA 是一种很稳定的分子，半衰期超过 500 年，低温条件下可保存成千上万年。DNA 存储在存储密度、寿命和能耗方面已显示出超越当前硅基数据存储技术的潜力。

　　DNA 存储的整一个流程可大致分为 4 个步骤，即“编”“写”“存”“读”。如今使用 DNA 测序仪读取 DNA 四个字母的编码数据格外的简单，而且速度相对较快。问题就在于写入数据，这常常要一次合成一个字母的定制 DNA 链。当今最快的 DNA 写入器每天可以合成约 3.2 亿字节的 DNA 数据，按照这种速度，写入 1g DNA 需要近 200 万年。且由于写入速度慢，成本也较高。

　　近日，北京大学定量生物学中心钱珑、欧阳颀，北京大学计算机学院张成，亚利桑那州立大学 Hao Yan 等人在 Nature 发表最新研究成果，他们受表观遗传修饰和 DNA 自组装启发，开发了一种非常规的 DNA 数据写入框架，该框架允许基于 DNA 自组装引导的酶促甲基化将任意的“表观比特”（epi-bits）以并行方式稳定地写入 DNA 模板上。

　　这种方式不用从头构建 DNA，而是利用现有的 DNA 链，在合成后对其进行修饰。“epi-bits”的功能类似于活字印刷术中的活字，可以排列在通用的 DNA 模板上。

　　他们合成了标准化的长模板单链 DNA 片段作为“纸张”，一系列短的、预制的 DNA 片段（有或没有甲基）作为“字体”，这些 DNA 片段每个长 24 个碱基，其序列被设计为与 DNA 模板上的特定区域结合。

　　利用甲基化，用数字 0 或 1 对短 DNA 片段进行编码，甲基的存在对应 1，甲基的缺失对应 0。在体内，细胞将甲基附着到特定的 DNA 序列上，以发出信号，指示哪些基因应该在不同组织中表达和沉默。

　　研究人员添加了甲基转移酶 DNMT1，通过 DNMT1 的选择性甲基化，表观遗传修饰作为信息位可以精确地引入到通用 DNA 模板上以实现分子活字印刷。

　　基于上述方法，研究人员存储了 269,337 比特的数据，包括中国古代汉代的老虎拓片图像和熊猫彩色图片，实现了每次反应 350 比特的速率。

　　此外，研究人员还邀请了 60 名具有不一样学术背景的学生志愿者，在教室中使用简单的 epi-bit 书写工具手动将他们选择的文本片段存储在 DNA 中。最后，存储的 15 篇文本中有 12 篇被成功恢复，并通过在线服务器安全地返回给了编写它们的团队。

　　由于该技术使用预制的 DNA 片段，因此能进一步优化以进行批量生产。这将比为存储的每一位信息合成一条定制的 DNA 链便宜得多。目前用这种方法写入数据的成本约为每比特 0.003 美元。但团队相信随商业化的推广和应用，成本会降低。

　　下一步，团队将研究该系统的扩展能力怎么来适应大量数据。他们正在研究用甲基以外的其他化学标记修饰 DNA 模板，以便在每条链上编码更多的数据，从而进一步加快速度。