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，天津大學應用數(shù)學中心吳華明教授團隊在DNA存儲領域取得新突破，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)學數(shù)據(jù)，并成功實現(xiàn)了60MB的時空組學圖像的存儲與恢復。相關論文《使用HELIX進行生物醫(yī)學圖像的DNA數(shù)據(jù)存儲》發(fā)表在國際期刊《自然—計算科學》上。

隨著信息技術的飛速發(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信息存儲技術應運而生，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。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)學數(shù)據(jù)領域，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，具有巨大的應用前景。

天津大學研究團隊開發(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習技術，在圖像修復過程中顯著增強了信息恢復的能力。在濕實驗中，團隊成功將兩張60MB的時空組學圖像編碼為13萬條、每條183個堿基的DNA序列，并通過DNA合成與測序技術，成功恢復了圖像數(shù)據(jù)。實驗結果表明，HELIX系統(tǒng)具備強大的魯棒性，只需要約5.8倍的測序深度，即可恢復圖像的絕大部分信息。

該成果標志著天津大學應用數(shù)學中心團隊在推動DNA信息存儲技術走向實際應用方面邁出了關鍵一步。該項研究由天津大學應用數(shù)學中心與合成生物技術全國重點實驗室聯(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 學校供圖