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从数字图书到DNA图书(2)
http://www.100md.com 2014年3月15日 《百科知识》 2014年第6期
     但是,《再生》这种DNA图书也有明显的缺点。一是制作时存储数据过程比较缓慢。二是合成和测序DNA的技术非常昂贵,即把文字和图片等信息按计算机的二进制原理与DNA的4个碱基对应编码时,比较昂贵。相应地,对DNA图书的读取也比较缓慢,这也可能限制它成为一种普通的图书让人们在生活中简单而方便地阅读。当然,这种DNA图书还有一个缺点,只能读出信息和数据,不能改写数据。

    改进的DNA图书——《莎士比亚诗集》

    在《再生》问世后一年,另一本DNA图书《莎士比亚诗集》也诞生了。这本DNA图书是由欧洲生物信息研究所(EBI)的尼克·戈尔德曼等人编撰而成。该书编入了莎士比亚所有的154首十四行诗、一篇沃森和克里克DNA双螺旋论文的副本(沃森和克里克因此而获1962年的诺贝尔生理学或医学奖)、一张戈尔德曼等人所在研究机构EBI大楼的彩色照片,一段这次试验使用的软件算法,还有一段26秒来自马丁·路德·金著名演讲《我有一个梦想》的剪辑音频,信息总量约739千字节。
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    显然,这本DNA《莎士比亚诗集》的内容更丰富,而且包含了一个音频文件,也更符合数字图书的标准。与《再生》相比,DNA《莎士比亚诗集》的编撰更优化、更完善、操作性更强,也更实用。

    戈尔德曼等人的编码比丘奇等人的编码更进了一步,他们把数字内容的二进制码(0,1)改成三进制码(0,1,2);然后用这种三进制码来对应DNA的4个碱基(A、T、C、G),从而将三进制码编写成一个DNA序列。一般情况下,每500个碱基的序列可能会出现一个错误。为了防止出错和漏掉内容,研究人员以每25个碱基向后错位的方式把这个DNA序列切割成若干个含100个碱基的等长片段,这就能使整个序列的所有内容都获得4个副本,例如,1、2、3、4;2、3、4、1;3、4、1、2;4、1、2、3。

    当数字内容编写进DNA后,再用专门设备合成为DNA《莎士比亚诗集》。在读取或阅读DNA《莎士比亚诗集》时,先把合成的DNA《莎士比亚诗集》放入标准化学试剂,然后用DNA测序仪根据索引标识,将各个DNA片段依顺序粘贴成原来的DNA序列,再转译到数字文件的二进制码,从而形成电子文件,就可阅读了。
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    合成的DNA《莎士比亚诗集》只有砂粒般大小,静静地躺在试管的底部,连戈尔德曼还是经同事指点才发现了这本DNA《莎士比亚诗集》。在阅读时,研究人员用DNA测序仪把DNA《莎士比亚诗集》中的信息还原为数字文件,结果它与原始数字文件的内容百分之百重合。这种从DNA程序到数字程序百分之百的重合靠的是巧妙的设计。

    在阅读DNA《莎士比亚诗集》时,研究人员发现有两个25个碱基对的序列不见了。缺了它们,这本DNA《莎士比亚诗集》的内容要么不全,要么会出现偏差,甚至难以读出。不过,由于在设计时就考虑到这一点,拷贝了4个副本,利用这4个副本完全还原了漏掉的数字文件的内容。而且,戈尔德曼等人也发现了碱基对丢失的原因,在未来只要修改一下程序,就不会发生类似丢失内容的问题。

    DNA《莎士比亚诗集》的诞生也获得了丘奇等人的好评,他认为,戈尔德曼等人的研究让“我们终于有了一个真实的领域”。而且,类似DNA《莎士比亚诗集》的图书非常稳定,更容易保存,只需放在冷、暗、干燥处,没有恒温恒湿的苛刻要求。同时,DNA《莎士比亚诗集》的编撰使用的设备和方法都是生物学研究的常规工具,这可以让DNA图书的存储有效避开因设备技术更新换代而产生的许多麻烦,储存和阅读也更方便。
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    不过,与丘奇等人制作的DNA《再生》图书一样,DNA《莎士比亚诗集》同样有费时费力和成本高昂的弱点。数码信息编入DNA目前只能由专门的DNA合成设备来做,而从DNA中读取信息并还原为数码文件,也很费时。戈尔德曼等人用了整整两个星期才完成DNA《莎士比亚诗集》中5个文件739千字节的还原。

    另外,戈尔德曼等人制作DNA《莎士比亚诗集》的存储费是,每一兆(MB,10的6次方)字节的钱是12400美元,并且在阅读时还要测序解读,需要再花220美元。这是常规磁盘储存费用的100多万倍。

    同时,DNA《莎士比亚诗集》与DNA《再生》一样,编撰后就不能修改。这与数字文件的常规存储(硬盘和U盘)的便捷差了十万八千里。现在,人们只需花几十元或上百元人民币买一个16GB储存量的U盘,插入电脑,就能反复使用,包括下载文件、写文章、听音乐、看录像、做计算等。

    由于不能重复使用、昂贵和读取时间长,DNA图书目前显然还不可能像数字图书一样被人们广泛使用,因此,其市场化也需要时日。不过,当有一天,研究人员通过新的技术攻克了DNA图书这些弱点之后,DNA图书也将走进人们的生活。那时,DNA图书将成为比数字图书更先进更实用的图书。

    【责任编辑】张田勘, 百拇医药(林森)
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