DNA存储蓝皮书

基因慧 www.geneclub.net.cn3版权所有  侵权必究DNA 存储蓝皮书组织机构顾　问欧阳颀  元英进  杨焕明  樊春海主　编沈  玥  陈  芳  汪  亮编　委平  质  曾威锋  倪  鸣  徐  讯  曾文君陈为刚  齐  浩  戴俊彪  钱  珑  蒋兴宇陈  昌  刘  宏  郎秋蕾  江湘儿  王启松马石金  徐  涵  刘力维  胡晓芳致　谢王  勇  张颢龄  周  萍  朱怡琼  刘  萍黄杰锋  王曦梦  肖晓文  赵春德  李璐璐肖  晔  沈励泽  初  腾  程寿玲  祝  敏王  志  龚幽兰  林  楠  徐  杭  杨力平李  焱  卢丽花  罗潇潇  张时雨  林佳慧基因慧 www.geneclub.net.cn5版权所有  侵权必究DNA 存储蓝皮书目 录CONTENTS一、需求：数据存储现状及 DNA 存储优势 151.1 大数据时代下数据存储现状及局限 ˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘161.2 DNA 存储的原理及优势 ˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘211.3 DNA 政策支持与重点研发计划 ˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘301.4 国内外研发进展 ˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘331.5 市场容量和投融资 ˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘38二、技术：DNA 存储的技术流程与进展 432.1 DNA 存储系统简介 ˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘442.2 信息编码（比特信息转换为 DNA 序列） ˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘462.3 DNA 合成（存储信息写入） ˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘562.4 DNA 封装（存储信息保存） ˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘772.5 DNA 测序（存储信息读出） ˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘86三、应用：DNA 存储应用场景 963.1 概述 ˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘973.2 大数据存储 ˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘983.3 新型数据加密 ˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘ 1033.4 分子追踪系统 ˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘ 1053.5 基于 DNA 计算的分子诊断 ˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘ 1073.6 其他 ˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘ 108四、展望：产业发展机遇及关键点 1104.1 DNA 存储产业发展的机遇 ˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘ 1114.2 未满足需求与关键问题 ˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘ 1144.3 发展方向 ˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘˘ 119基因慧 www.geneclub.net.cn6版权所有  侵权必究DNA 存储蓝皮书主创团队　主编简介沈玥，博士，研究员，深圳华大生命科学研究院合成生物学首席科学家，“广东特支计划”科技创新青年拔尖人才，2022 年深圳优秀青年科学基金项目获得者，国家重点研发计划“生物与信息融合（BT 与 IT 融合）”重点专项项目首席科学家，“深圳青年五四奖章”和“2021 年深圳市科学技术青年科技奖”获得者，ISO/IEC 生物数字融合工作组专家。长期从事合成生物学技术以及生物与信息技术融合技术的应用研究。主持 / 参加国家省市基金项目 12 项。发表论文 36 篇，其中以第一作者或通讯作者发表文章 16 篇。申请发明专利 35 项，软件著作权 14 项，编制国家标准、地方及企业标准 9 项。成果获得“2017 年中国科学十大进展”与“2019 年度天津市自然科学特等奖”、“2021 年深圳市科学技术奖自然科学类一等奖”荣誉。汪亮，基因慧创始人&主编，专注基因及生命健康产业研究，参与国家发改委《战略性新兴产业发展展望 》 白皮书执笔，受聘中国遗传学会产业促进会委员、广东省精准医学应用学会政策研究应用分会常委、哈尔滨工业大学（深圳）特聘教师等；毕业于哈尔滨医科大学生物信息专业，先后服务于国家人类基因组南方中心、华大和药明康德等；带领基因慧建立首个数字生命健康产业信息平台 YourMap®，连续五年发布年度基因行业蓝皮书以及单细胞、大数据、肿瘤精准医疗、DNA 存储等行研报告，组织多家行业机构发布多项行业共识和团体标准。陈芳，副研究员，深圳华大智造科技股份有限公司研发体系副总裁，从事高通量测序相关应用及产品研发多年，专注母婴健康领域、测序仪研发等，参与撰写国内首个高通量基因测序仪行业标准、研制多个国家标准品，参与首例高通量测序技术应用于临床产品的 NMPA 资质；持续拓展测序技术在司法、海关、疾控、DNA 存储等领域的应用示范。近 5 年发表文章 22 篇、授权专利 7 项，参与完成国家及省级课题 6 项。　策划机构简介基因慧专注数字生命健康产业知识服务，创立于 2016 年，创始团队深耕行业一线十余年，秉持“使连接产生价值，用数据看见未来”的理念，基于产业智库和专业内容，提供产业规划、行研咨询、科技推广等服务。连续五年发布行业蓝皮书，被国家及省市级产业报告收录，组织多家单位发布行业共识和团体标准，推动生命科技普惠和产业融合发展。基因慧是国家发改委《战略性新兴产业发展展望》白皮书执笔单位、中国遗传学会产业促进会委员、全国卫生产业企业管理协会精准医疗分会理事、广东省精准医学应用学会遗传病分会常委。基因慧 www.geneclub.net.cn7版权所有  侵权必究DNA 存储蓝皮书序 言纳米尺度的 DNA 是人与自然和谐共处的分子桥梁欧阳颀中国科学院院士、北京大学定量生物学中心副主任为了在复杂多变的环境中谋求生机，人类的祖先以木头、石器和骨骼制造工具，同时也用这些媒介记录信息。这是人类历史的开端。随着信息储存与传播的方式方法不断更替，人类文明也发生了翻天覆地的变化。进入现代社会，计算机科学的飞速发展带来了信息技术革命；而信息时代的到来颠覆了地球村的图景。在磁、光、电等介质中存储、并在互联网中飞驰的海量数字信息在短短几十年内触发了科学、技术和文化的爆炸式进展。信息是随机序列中涌现的秩序。信息技术的飞速增长，背后是人类对物理世界和对内心情感的好奇心和不懈探索。文明以语言和文字为载体代代相传，在不断的碰撞、冲击、融合中孕育了伟大的科技、艺术以及信息自身形式的更迭。在 21 世纪的今天，信息把握着全球政治经济的脉搏。信息世界的进化复杂性，不亚于生命进化的广博浩瀚。我们现在很难说，DNA 存储究竟是生物技术对信息技术的革新，还是信息技术对生物技术的开拓。我们把数字信息写在 DNA 中，把人类的知识、文化和艺术瑰宝镌刻在生命的鬼斧神工之中，使思想不朽。而我们利用 DNA 制造的分子信息系统也将成为一扇窗户。透过它，我们得以更精确、更即时的窥探生命的底层逻辑，甚至操控微观生物世界。纳米尺度的 DNA 是人类与自然和谐共处的一道分子桥梁，DNA 存储领域的研究者正在为它垒起一块块