ДНК як носій даних

ДНК як носій даних
Згідно з інформацією фірми DOMO, у 2018 році щохвилини здійснювалось 3,88 млн пошуків у Google та 4,33 млн переглядів відеороликів на YouTube, відправлялось 159 367 760 імейлів, публікувалось 473 тис. записів на Twitter і 49 тис. фотографій в Instagram – пише Санг Юп Лі в журналі Scientific American.

У 2020 році в проміжку секунди буде здійснено 1,7 мегабайта даних на одну особу, що у глобальному масштабі перекладається приблизно на 418 зеттабайтів упродовж року (418 млрд жорстких дисків місткістю в 1 терабайт) – за умови, що населення світу становитиме 7,8 млрд осіб. Життєздатність магнетичних чи оптичних систем архівації даних, які зараз зберігають ці ресурси у форматі 0.1, зазвичай не перевищує 100 років. Ба більше, функціонування центрів, що накопичують дані, вимагає значних енергетичних затрат. Коротко кажучи, невдовзі ми зіткнемося з серйозною проблемою у збереженні даних, яка буде поступово зростати.

Перспективним альтернативним рішенням є зберігання даних у ДНК, що складається із довгих секвенцій нуклеотидів А, Т, С і G, які містять записи про життя. Цим даним відповідають літерні секвенції, що дозволяє визнати ДНК новим видом інформаційної техніки. Записи ДНК вже зараз активно секвенціонують (відчитують), синтезують (записують) та легко і точно копіюють. ДНК є ще й незвично довготривалою, що показало повне секвенціонування геному на основі матеріалу, отриманого із скаменілої кістки коня, який жив понад 500 тис. років тому; до того ж зберігання ДНК не потребує багато енергії.

Та головною перевагою є все ж місткість. У ДНК можна щільно запакувати величезну кількість даних такої густини запису, яка значно перевищує густину запису електронних пристроїв. Наприклад, для бактерії Escherichia coli вона становить приблизно 1019 бітів на см3 – згідно із розрахунками, які опублікував у 2016 році в Nature Materials Джордж Чарч і його колеги із Гарвардського університету. За такої густини всі сучасні річні глобальні потреби зберігання даних міг би повністю задовольнити куб ДНК завбільшки з метр.

Перспектива накопичення даних в ДНК не є тільки теоретичною. У 2017 році група Чарча пристосувала технологію едиції ДНК, звану CRISPR, для записування зображень людської руки у геномі E.coli, які потім було прочитано з понад 90% точністю. Дослідники із Університету Вашингтону і Microsoft Research розробили повністю автоматизовану систему записування, зберігання і читання даних, закодованих в ДНК. Над розвитком цієї техніки працює чимало фірм, зокрема Microsoft і Twist Bioscience.

Тим часом дослідники вже використовують ДНК для керування даними в інший спосіб – щоб впоратись із розумінням величезної кількості інформації.Останні досягнення у техніках секвенціонування нової генерації дозволяють легко і однозначно прочитати мільярди секвенцій ДНК. Завдяки цьому дослідники можуть застосовувати смужкове кодування (barcoding) – використання секвенцій ДНК як “позначок” молекулярної ідентифікації – для відслідковування результатів експериментів. Смужкове кодування ДНК використовується зараз для радикального прискорення темпу досліджень у таких сферах, як хімічна інженерія, матеріалознавство і нанотехнології. Наприклад, лабораторія Джеймса Е. Дахлмана при Технологічному інституті Джорджії швидко ідентифікує безпечну генну терапію; інші дослідження стосуються боротьби проти несприйнятливості ліків та запобігання метастазам раку.

До викликів, пов’язаних із поширенням зберігання даних в ДНК, належать надто висока вартість та мала швидкість читання і запису. Щоб ця техніка могла конкурувати з електронним зберіганням, потрібно подолати ці перешкоди. Навіть якщо накопичення даних в ДНК не набуде широкого розповсюдження, цю техніку точно будуть використовувати для генерування інформації в зовсім новому масштабі і для зберігання певних видів даних на тривалий час.

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься.