隨著信息技術的飛速發展，傳統存儲方式已經逐漸無法滿足大數據時代的需求。在此背景下，DNA信息存儲技術應運而生，通過利用DNA分子存儲數據，已經被視為未來大規模數據存儲的潛力介質。每克DNA能夠存儲數百艾字節的數據，并且在無需電力的情況下能夠保存長達數千年。尤其在生物醫學數據領域，DNA存儲的潛力尤為顯著——其圖片數據分辨率高、存儲周期長、且相似度強，具有巨大的應用前景。
近日，天津大學應用數學中心教授吳華明團隊在DNA存儲領域取得新突破，在國際期刊《自然-計算科學》發表研究論文。該研究提出了一種全新的DNA存儲系統——HELIX，專門用于存儲生物醫學數據，并成功實現了60MB的時空組學圖像的存儲與恢復。
研究團隊開發的HELIX系統包含三個核心模塊：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的堿基錯誤，HELIX對現有壓縮算法進行了優化，大幅增強了系統的容錯能力。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，成功恢復了圖像數據。實驗結果表明，HELIX系統具備強大的魯棒性，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。
HELIX系統架構 天津大學供圖
據悉，該成果標志著天津大學應用數學中心團隊在推動DNA信息存儲技術走向實際應用方面邁出了關鍵一步。研究表面，針對特定數據類型量身定制的DNA存儲系統，不僅在存儲效率上表現卓越，還在可靠性方面展現了更大的優勢，為DNA信息存儲技術的廣泛應用奠定了堅實的基礎。該項研究由天津大學應用數學中心與合成生物技術全國重點實驗室聯合完成。曲冠錦博士生為第一作者，吳華明為通訊作者。
相關論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s43588-025-00793-x
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