中國教育報-中國教育新聞網(wǎng)訊（記者 陳欣然 通訊員 趙暉）近日，天津大學(xué)應(yīng)用數(shù)學(xué)中心吳華明教授團隊在DNA存儲領(lǐng)域取得新突破，提出了一種全新的DNA存儲系統(tǒng)——HELIX，專門用于存儲生物醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)，并成功實現(xiàn)了60MB的時空組學(xué)圖像的存儲與恢復(fù)。相關(guān)論文《使用HELIX進行生物醫(yī)學(xué)圖像的DNA數(shù)據(jù)存儲》發(fā)表在國際期刊《自然—計算科學(xué)》上。

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)存儲方式已經(jīng)逐漸無法滿足大數(shù)據(jù)時代的需求。在此背景下，DNA信息存儲技術(shù)應(yīng)運而生，通過利用DNA分子存儲數(shù)據(jù)，已經(jīng)被視為未來大規(guī)模數(shù)據(jù)存儲的潛力介質(zhì)。每克DNA能夠存儲數(shù)百艾字節(jié)的數(shù)據(jù)，并且在無需電力的情況下能夠保存長達數(shù)千年。尤其在生物醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)領(lǐng)域，DNA存儲的潛力尤為顯著——其圖片數(shù)據(jù)分辨率高、存儲周期長、且相似度強，具有巨大的應(yīng)用前景。

天津大學(xué)研究團隊開發(fā)的HELIX系統(tǒng)包含3個核心模塊：圖像壓縮、圖像糾錯編碼和圖像復(fù)原。針對DNA存儲過程中可能出現(xiàn)的堿基錯誤，HELIX對現(xiàn)有壓縮算法進行了優(yōu)化，大幅增強了系統(tǒng)的容錯能力。同時，為了進一步提升圖像解碼的成功率，團隊還引入了深度學(xué)習(xí)技術(shù)，在圖像修復(fù)過程中顯著增強了信息恢復(fù)的能力。在濕實驗中，團隊成功將兩張60MB的時空組學(xué)圖像編碼為13萬條、每條183個堿基的DNA序列，并通過DNA合成與測序技術(shù)，成功恢復(fù)了圖像數(shù)據(jù)。實驗結(jié)果表明，HELIX系統(tǒng)具備強大的魯棒性，只需要約5.8倍的測序深度，即可恢復(fù)圖像的絕大部分信息。

該成果標志著天津大學(xué)應(yīng)用數(shù)學(xué)中心團隊在推動DNA信息存儲技術(shù)走向?qū)嶋H應(yīng)用方面邁出了關(guān)鍵一步。該項研究由天津大學(xué)應(yīng)用數(shù)學(xué)中心與合成生物技術(shù)全國重點實驗室聯(lián)合完成。曲冠錦博士生為第一作者，吳華明教授為通訊作者。

采用DNA成功存儲兩張60MB的圖片 學(xué)校供圖