大腸桿菌當硬碟 一粒可記一Kb

2010-11-25

大腸桿菌當硬碟 一粒可記一Kb

如果我告訴你，大腸桿菌除了可以令你肚屙，還可以當硬碟用，儲存文字、圖案， 甚至MP3，你首先會聯想到什麼？

陳竟明教授聯想到世界末日。

「我想，我們可以把一些神奇訊息儲存到細菌中，一億年後，地球毀滅了，再把這些訊息找出來。」他說。

我聯想到用它來做情書。

「姑娘，冒昧打擾。我其實暗戀你已有一段日子了，不介意的話，請收下。」說完，我給她送一粒大腸桿菌。「小心，不小心吃進肚子，會肚屙的噢。」「正確來說，我們是成功證實可用細菌製造出超大容量儲存器。」盧芳泉告訴我。「那與我們所用的電腦硬碟不同。用大腸桿菌製造的Bio-harddisk，只要一克就足以儲到九十萬Gb，等於四百五十個兩Tb 硬碟容量。」盧芳泉是中大生命科學學院生物化學課程學生，剛與另外十個同學在美國麻省理工學院（MIT）舉辦的2010 年度國際基因機器設計大賽（iGEM）憑此新技術奪得金獎，凱旋而歸。

「我們還新發明了加密功能，就算有誰意外得到我們的細菌，也無法讀取裏面的資料。」他續道。「這好極！」我回應。這即是說，就算有情敵偷走我的情書，他也無法讀到內容，實在好極。

合成生物寄情書

學生所用的技術，稱為合成生物學。簡單而言，就是透過合併人工合成的DNA 「組件」，指揮細胞完成特定工作。有意思的是，這種「特定工作」範圍甚廣，從今次的儲存資料，到將二氧化碳轉化成交通工具燃料，均有可能。

「想要製作Bio-harddisk，是因為我們發現電子儲存資料的方式在安全及硬件體積方面均不太理想，利用細菌作儲存媒介則有助解決這個問題。」比賽隊伍的導師余志承說。

嚴格來講，細菌儲存技術其實不是新鮮事。有科學家就曾在2000 年把E=MC2 這一數式輸入到細菌內， 「但以前的方法較簡單，只能儲很少資料，我們則設計了一個新的Algorithm（演算規則），不僅有加密功能，資料容量更比過去大得多。」生命科學學院副教授陳竟明大讚學生的意念創新，連他自己亦「覺得好驚訝」。雖然陳教授是參賽隊伍的顧問，但他笑言自己「什麼都沒有做過」。

「班學生好煩，成天send email 給我！」他道。「其實我也不是很了解他們如何做到，哈哈！這方面我是完全不懂的，我研究的又不是這個範疇！」陳竟明續說， 「雖然以前亦有人做過類似的研究工作，不過當時的理論不算成熟，還有很多諸如基因異變等問題沒有解決。這次學生成功把已有的原理鑽研得更深入，算是一個技術上的突破。」「將來這種技術可以有怎樣的發展，實在無可估計！」

以洗牌效應加密

那麼，團隊究竟是如何用大腸桿菌儲存資料的呢？

「其實不一定要用大腸桿菌啊，任何細菌也可以。」盧芳泉答。「我們用大腸桿菌，不過是因為它在實驗室工作中最普遍、最方便罷了。」電腦的數碼資料，其實是把文字、圖像等轉化成二進制的一和零，如英文字母Z 的「數碼版」便是0011 010。中大的隊伍則利用基因的四個DNA（A、T、C、G），把資料以四進制形式紀錄下來，如Z 的「基因版」則為XXXX。

假設你真要寫一封情書， 「I LOVE YOU」一句的「基因版」便要寫成「ＸＸＸＸ」。把這條基因放進細菌，它不僅會帶着這封情書繼續生存，更會在繁殖時連同情書也一併複製。於是，一個細菌的I LOVE YOU 便會變成千千萬萬個細菌的I L OVE YOU，生生不息地流傳下去。至於想要「拆信」，則要狠心些，必須殺死這千萬個細菌的其中一個，才能抽取DNA，讀取裏面的內容。

在禽流感肆虐時常可聽到的「洗牌效應」，也被學生們巧妙地用作資料加密的工具了。「經過洗牌效應的細菌，基因次序會被打亂。只有知道解密方法的人，才能把基因重整成原本順序，讀取訊息。」當然，既是新技術，這裏說的都是理論，仍未可踏入實踐階段──最少，未能實用到可以用來傳情。

「真要把細菌當成Harddisk 用，還要有很多問題要解決，例如把所須的各種機器微縮化。」余志承解釋。「雖然一粒微小的大腸桿菌已可儲存約一Kb 資料，但儲取過程中所用到的儀器卻非常複雜，體積也龐大，不可能作日常使用。」學生們現在已可把英文句子輸入細菌並加密，下一步的目標是把中大校徽儲存到細菌內。「目前我們只試過處理一個細菌，但理論上一個做得到，便無論幾個也可以做到。」隊伍成員們說。「我們會繼續研究，以刊登論文為目標。」什麼是iGEM？

iGEM 全名為The InternationalGenetically Engineered Machinecompetitio n。它要求學生運用合成生物學，設計生物系統。世界各地的參賽單位每年均帶來不少饒有興味的作品，如今年京都工藝纖維大學就利用大腸桿菌作「墨水」，造出一支可畫出不同顏色的筆。

此比賽自2003 年起，每年由美國麻省理工學院（MIT）舉辦。是次比賽共有一百三十八隊隊伍參加，當中六十一隊獲頒金獎，中大是其中之一，而首名大獎則由斯洛文利亞隊奪得。

陳竟明教授說，iGEM 不僅講求創意，更需要學生有出色的表達技巧及團隊精神。

「每組參賽者又要做Present，又要交Poster，實在不簡單。得大獎的隊伍便在報告時用到動畫，清晰地表達了他們的概念。」「整個遊戲（iGEM）實在不容易玩呀！

參賽的同學要在半年時間內完成所有工作，交齊各種各樣的報告及作品，才可獲頒金獎。我想隊伍這次一定感受到不少做科研的壓力吧！」楊天帥