DNA 可以用來拍照了，而且是直接存進去的那種！
新加坡國立大學(xué)的研究團隊成功將圖像投影到 DNA 上并進行了存儲，分辨率達到了 96 像素。
甚至，利用同一段 DNA 序列，還能存儲多張！
傳統(tǒng)的 DNA 存儲需要從頭開始構(gòu)建 DNA 序列，并通過人工合成的方式編碼。
但這一成果直接使用從大腸桿菌中提取到的 DNA，將圖像轉(zhuǎn)換成 DNA 數(shù)字信號的編碼器也是活細胞。
于是，通過將細菌 (Bacteria) 和照相機 (Camera) 結(jié)合，團隊把這一成果命名為 BacCam。
BacCam 不僅將 DNA 存儲的效率大大提高，還具有極強的魯棒性，常見的一些特殊環(huán)境都能耐受。
相關(guān)論文已經(jīng)登上了 Nature 子刊。
英偉達 AI 科學(xué)家范麟熙（Jim Fan）也轉(zhuǎn)發(fā)了這一成果。
雖然我不是生物學(xué)專家，但我很期待看到生物和機器之間的無縫銜接。我已經(jīng)迫不及待地想要把大語言模型（LLM）掛載到「生物 API」上了！
無懼水深火熱
實驗中，BacCam 展現(xiàn)出了極強的魯棒性。
對于其中一張圖像，將 DNA 稀釋 5 萬倍之后，數(shù)據(jù)沒有受到絲毫影響。
稀釋后的 DNA 濃度只有 0.36 皮 (10-12) 摩爾每升，比在水池中放一粒沙子還要低上那么幾個數(shù)量級。
不過，稀釋對 DNA 分子本身影響不大，可能還不足以說明問題。
但將溶液烘干之后復(fù)原，熟悉的笑臉依舊清晰可見。
對于復(fù)雜的外部環(huán)境條件，BacCam 也能輕松應(yīng)對。
除了在室溫條件下能保持完好之外，冷凍和加熱也都對數(shù)據(jù)沒有什么影響。
在 60 度的烘箱當中放上一周，圖像仍然完好無損，不過 70 度就不行了。
但據(jù)論文中介紹，把 DNA 在 70 度環(huán)境下放上一周，相當于在 9.4 度下放兩千年。
就算用紫外線照上一個小時，里面的數(shù)據(jù)依舊巋然不動。
而對于存儲不同圖像的 DNA，也無需分別進行保存，直接混在一起就可以了。
將不同 DNA 混合后，讀取時，只需要使用特定引物，對需要的部分進行擴增。
團隊將 5 段存儲不同圖像的 DNA 混在了一起，結(jié)果單次讀取時圖像幾乎能保持完整，多次隨機讀取的最低準確率也有 80%。
既然如此，它是如何做到的呢？
點陣化方式處理
BacCam 大致的工作流程是醬嬸兒的：
首先，要存儲的圖像被分割成 96 個區(qū)域。
然后，利用對特定波長光線敏感的反應(yīng)重組酶，根據(jù)該波長光的有無，對 DNA 進行編輯。
這種“條形碼”式的編輯方式直接保留了圖像中各像素點的空間位置，使圖像數(shù)字化，而不需要額外進行編碼。
此外，利用光的復(fù)用能力和對不同波長敏感的酶，團隊將正交的紅藍兩種顏色圖像分層，實現(xiàn)了用同一段序列存儲兩個圖像。
這種存儲方式下，BacCam 依舊擁有很高的準確率。
利用機器學(xué)習方式，研究團隊對 BacCam 的解碼方式進行了優(yōu)化。
經(jīng)過大量的無監(jiān)督式學(xué)習，已經(jīng)實現(xiàn)了 DNA 編碼的自動化解讀。
團隊簡介
BacCam 的研究團隊來自新加坡國立大學(xué) EngBio 實驗室。
該實驗室主要進行以生物學(xué)為核心的多學(xué)科交叉工程研究。
論文第一作者是來自該實驗室的華人博士生 Cheng Kai Lim。
他的研究方向是利用 DNA 進行數(shù)據(jù)存儲，同時還在攻讀 MBA 學(xué)位。
Lim 的導(dǎo)師、實驗室負責人 Chueh Loo Poh 教授是本文的通訊作者。
論文地址：
https://www.nature.com/articles/s41467-023-38876-w
參考鏈接：
https://twitter.com/DrJimFan/status/1676626884141129730
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