Dlaczego DNA zastąpi kiedyś dysk twardy?

DNA może kiedyś przechowywać więcej niż tylko plany życia — może również pomieścić ogromne kolekcje dokumentów, muzyki lub wideo w niemożliwie kompaktowym formacie, który przetrwa tysiące lat.

Naukowcy z Europejski Instytut Bioinformatyki w Hinxton w Wielkiej Brytanii zademonstrowali nową metodę niezawodnego kodowania w ten sposób kilku popularnych formatów plików komputerowych. Naukowcy szacują, że w miarę jak ceny sekwencjonowania i syntezy DNA wciąż spadają, ten biologiczny nośnik pamięci będzie konkurencyjny w ciągu najbliższych kilkudziesięciu lat.

Gęstość przechowywania informacji w DNA jest co najmniej tysiąc razy większa niż w istniejących mediach, ale do niedawna koszt syntezy DNA był zbyt wysoki, aby technologia była czymś więcej niż ciekawostką. Jednak konwencjonalne metody przechowywania informacji cyfrowych przez dłuższy czas nadal stwarzają problemy. Taśmy magnetyczne stosowane zwykle do przechowywania archiwalnego stają się kruche i po kilkudziesięciu latach tracą swoją powłokę. I nawet jeśli nośnik fizyczny używany do przechowywania informacji pozostaje nienaruszony, formaty przechowywania zawsze się zmieniają. Oznacza to, że dane muszą zostać przeniesione do nowego formatu lub mogą stać się nieczytelne.

W przeciwieństwie do tego DNA pozostaje stabilne w czasie – i jest to jeden format, który zawsze może się przydać. Chcemy oddzielić nośnik pamięci od maszyny, która go odczyta, mówi kierownik projektu Nick Goldman . Zawsze będziemy mieć technologie do odczytywania DNA. Goldman zauważa, że ​​znaleziono nienaruszone fragmenty DNA sprzed dziesiątek tysięcy lat i że DNA jest stabilne jeszcze dłużej, jeśli jest schłodzone lub zamrożone.

Brytyjscy naukowcy zakodowali DNA z plikiem MP3 z przemówieniem Martina Luthera Kinga Jr. „Mam sen”, plikiem PDF artykułu naukowego, plikiem tekstowym ASCII z sonetami Szekspira oraz kolorową fotografią JPEG. Gęstość przechowywania plików DNA wynosi około 2,2 petabajta na gram.

Inni już wcześniej demonstrowali przechowywanie danych DNA. Na przykład tego lata naukowcy kierowani przez profesora genetyki Uniwersytetu Harvarda Kościół Jerzego wykorzystał tę technologię do zakodowania książki (patrz Cała książka przechowywana w DNA ).

Różnica w stosunku do nowej pracy, mówi Goldman, polega na tym, że naukowcy skupili się na praktycznym, odpornym na błędy projekcie. Aby stworzyć pliki DNA, naukowcy stworzyli oprogramowanie, które konwertuje jeden s i 0 s cyfrowego królestwa do alfabetu genetycznego zasad DNA, oznaczonych jako A, T, G i C. Program zapewnia, że ​​nie ma powtarzających się zasad, takich jak AA lub GG, co prowadzi do wyższych wskaźników błędów podczas syntezy i sekwencjonowania DNA.

Pliki zostały podzielone na segmenty, z których każdy był opatrzony kodem indeksu zawierającym informacje o tym, do którego pliku należy i gdzie w tym pliku należy – analogicznie do tytułu i numeru strony na stronach książki.

Oprogramowanie kodujące zapewnia również pewną nadmiarowość. Każda część pliku jest reprezentowana w czterech różnych fragmentach, więc nawet jeśli kilka się degraduje, nadal powinno być możliwe odtworzenie danych.

Praca z Zręczne technologie z Santa Clara w Kalifornii naukowcy zsyntetyzowali fragmenty DNA, a następnie wykazali, że potrafią je zsekwencjonować i dokładnie zrekonstruować pliki. Ta praca jest dziś opisana w czasopiśmie Natura .

Grupa Goldmana szacuje, że kodowanie danych w DNA kosztuje obecnie 12 400 USD za megabajt, plus 220 USD za megabajt za odczyt tych danych. Jeśli cena syntezy DNA spadnie o dwa rzędy wielkości, jak oczekuje się w ciągu następnej dekady, mówi Goldman, przechowywanie danych DNA wkrótce będzie kosztować mniej niż archiwizacja danych na taśmach magnetycznych.

Victor Zhirnov, dyrektor programowy ds. technologii pamięci w Korporacja badawcza półprzewodników w Durham w Północnej Karolinie mówi, że ponieważ obecne koszty są tak wysokie, przechowujące dane DNA prawdopodobnie znajdzie swoje najwcześniejsze zastosowanie w długoterminowych archiwach, do których nie ma częstego dostępu. Patrząc w przyszłość, mówi, może wyobrazić sobie bardziej agresywną technologię, która zastąpi flash, technologię pamięci nieulotnej, którą można znaleźć w przenośnej elektronice, która już osiąga swoje granice skalowania. Kluczem będzie opracowanie całych systemów sprzętowych współpracujących z DNA, a nie tylko sekwenserów i syntezatorów.

Kościół Harvarda mówi, że pracuje nad tym właśnie problemem. Możemy stopniowo poprawiać naszą zdolność czytania i pisania DNA, ale chcę całkowicie wyskoczyć z tego pudełka, mówi. Church opracowuje obecnie system bezpośredniego kodowania sygnałów analogowych, takich jak wideo i audio, do DNA, całkowicie eliminując konwencjonalną elektronikę.

ukryć