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本文转自微信公众号“synbio深波”，作者：synbio深波。

作为宝贵的人类历史文化遗产，敦煌壁画的保护和研究工作一直受到历史工作者的重视。而随着科学的发展，一些意想不到的领域也开始为壁画的研究工作提供帮助。

近日，天津大学的合成生物学团队宣布，通过创新DNA存储算法，成功将十幅敦煌壁画存入DNA中，实验证明，这些壁画信息可在实验室常温下可保存千年，而在9.4°C条件下可保存长达两万年。壁画实体随着时间推移会不可避免地老化和受损，而DNA储存的信息则可以带着壮美的画卷跨越几十个世纪甚至几百个世纪。不知道那时候的人类读取这些信息的时候，会不会也说一句“DNA动了”呢？

DNA存储技术

据悉，天津大学的团队通过DNA合成技术结合纠错编码将壁画信息写入到DNA中实现了高密度（295 PB/g，1 PB = 1024 TB）的数据存储。

我们知道，DNA作为一种链式生物大分子，在体外常温保存时面临DNA断裂降解等风险，严重影响信息存储的长期可靠性。为了克服这一问题，团队设计了基于德布莱英图理论的序列重建算法来解决DNA断裂等问题。该算法结合贪婪路径搜索和循环冗余校验码来实现断裂DNA片段的高效从头组装，从原理上支持了DNA存储的长期可靠性。

结合该序列重建算法（内码）与喷泉码算法（外码），团队设计编码了6.8 MB敦煌壁画，合成了承载图片信息的DNA片段21万条。为数据的长期可靠性，团队制备了一个没有任何特殊保护的DNA水溶液样本，并在70°C下加速样本断裂、降解长达十周。处理后的DNA片段80%以上都发生了断裂错误，依靠设计的序列重建算法依然可以准确组装并解码96.4%以上的片段，再通过喷泉码解决少量片段丢失的问题，原始的敦煌壁画图片依然能够完美恢复。根据理论推算，这种程度的高温破坏相当于实验室常温25°C一千年或者9.4°C长达两万年的自然保存。

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。这项技术为长期保存人类历史文化遗产提供了一个潜在的数字化解决方案。相关成果以“Robust data storage in DNA by de Bruijn graph-based de novo strand assembly”为题在线发表于Nature Communications杂志。

（Song, L., Geng, F., Gong, ZY. et al. Robust data storage in DNA by de Bruijn graph-based de novo strand assembly.）

这是继基于人工合成染色体的酵母体内信息存储模式取得突破后(Chen et al., National Science Review, 2021, 8, 5, nwab028），天津大学合成生物学团队在DNA信息体外存储模式上又取得一项重要突破。

天津大学合成生物学团队

天津大学是我国合成生物学研究的优势单位，建有教育部合成生物学前沿科学中心、科技部合成生物技术国际科技合作基地等国家级基地。合成生物学团队聚焦国家重大需求，聚焦世界科技发展前沿，建立人工生命体的设计构建原理，突破基因组设计合成、人工细胞工厂精准构建、DNA存储计算等重大科学与技术难题。着重开展以下合成生物学领域的科学问题的研究：

1）合成基因组学（微生物基因组设计合成、动物人工染色体设计合成、基因组进化等）；

2）人工细胞工厂（天然产物细胞工厂、光电驱动细胞工厂、新型底盘开发等）；

3）合成生物学新理论与新技术（DNA组装技术、DNA存储计算、合成生物学智能化自动化等）

本文转自微信公众号“synbio深波”，作者：synbio深波。

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