Az elmúlt néhány évben a tudósok a kövületekből kivont DNS-fragmensek segítségével dekódolták a 700 000 éves mamut- és lógenomokat. A DNS határozottan sokkal tovább tart, mint azok a szervezetek, amelyek genetikai kódokat hordoznak. Számítástechnikusok és mérnökök régóta arról álmodoznak, hogy a digitális adatok tárolására kiaknázzák a DNS kicsinyítő képességét és rugalmasságát. Mindazokat a nullákat és egyeket be akarják kódolni az A, C, G és T molekulákba, amelyek a DNS-polimer csigalépcsőjét alkotják - és a DNS-szintézis és -szekvenálás ezen évtizedének előrelépése jelentős áttöréshez vezetett. A legújabb kísérletek azt mutatták, hogy egy napon képesek leszünk a világ összes digitális információját kódolni néhány liter DNS-be - és évezredekkel később újra elolvashatjuk.
A Microsoft és más technológiai vállalatok érdeklődése feszültséget kelt ezen a területen. A múlt hónapban a Microsoft Research közölte, hogy a Twist Bioscience szintetikus biológiai startupnak fizetnie kell 10 millió DNS-szál létrehozásáért, amelyet a Microsoft informatikusai terveztek adatok tárolására. A vezető memóriagyártó, a Micron Technology szintén DNS-tárolási kutatásokat finanszíroz annak megállapítására, hogy egy nukleinsavrendszer képes-e túllépni az elektronikus memória határain. Ez a pénz- és kamatáramlás fokozatosan csökkentheti a túlzott költségeket, és tíz éven belül lehetővé teheti az adatok DNS-ben történő tárolását - állítják a kutatók.
Az emberek 2017-ig több mint 16 billió gigabájt digitális adatot generálnak, és ennek nagy részét archiválni kell. Jogi, pénzügyi és orvosi adatok, valamint természetesen multimédia fájlok. Ma az adatokat merevlemezeken, optikai lemezeken tárolják a raktár méretű energiaigényes adatközpontokban. Legjobb esetben ezeket az adatokat harminc évig, a legrosszabb esetben - többet - tárolják. Ezen túlmenően, a Microsoft Research számítógépes építésze, Karin Strauss szerint: "Sokkal több adatot állítunk elő, mint amennyit a tároló ipar képes megtenni, és az előrejelzések azt mutatják, hogy a rés tovább fog nőni."
Most adjunk hozzá DNS-t mindehhez. Évszázadokig élhet, ha hűvös, száraz helyen tartják. Elméletileg milliárd gigabájt adatot tud bepakolni egy kockába. A szalag, a ma elérhető legsűrűbb adathordozó, 10 gigabájtot tud tárolni ugyanabban a térben. "A DNS hihetetlenül sűrű, tartós és nem illékony adathordozó" - mondja Olgica Milenkovic, az Illinois-i Egyetem villamos- és számítástechnikai professzora, Urbana-Champaign.
Ennek oka, hogy mind a négy építő molekula - az adenin (A), a citozin ©, a guanin (G) és a timin (T) - köbméteres térfogatot foglal el. Kódolási rendszer használatával - mondjuk, ahol A jelentése a „00”, a „C” a „01” bit és így tovább - a tudósok felvehetik a digitális adatfájlokat alkotó egy és nulla sorokat, és létrehozhatnak egy pillanatfelvételt vagy videót tartalmazó DNS-szálat. Természetesen az igazi kódolási technika sokkal bonyolultabb, mint amit itt neked írtunk. A tervező DNS szál szintézise az adatok írásának folyamata. Ezután a tudósok elolvashatják őket a láncok szekvenálásával.
George Church, a harvardi genetikus 2012-ben alapította meg ezt a kutatási területet azzal, hogy a könyv 70 milliárd példányát - egymillió gigabitet - kódolta egy köbmilliméter DNS-be. Egy évvel később az Európai Bioinformatikai Intézet tudósai kimutatták, hogy egyetlen hiba nélkül el tudtak olvasni 739 kilobájt adatot a DNS-be.
Tavaly több tudóscsoport demonstrálta a teljesen működő rendszereket. Augusztusban az ETH Zürich tudósai szintetikus DNS-t kapszuláztak üvegbe, 2000 év lejártát szimuláló körülményeknek vetették alá, és teljesen visszanyerték a kódolt adatokat. Ezzel párhuzamosan Milenkovic és munkatársai arról számoltak be, hogy hat amerikai egyetem mentette a Wikipedia oldalakat a DNS-be, és - a szekvenciák speciális "címmel" ellátásával - szelektíven olvasta és szerkesztette az írott szöveg egyes részeit. Az adatok véletlenszerű elérése kritikus fontosságú annak elkerülése érdekében, hogy "egy teljes könyvet sorba rendezzünk egyetlen bekezdés elolvasására" - mondja Milenkovich.
Strauss, Jord Seelig és Luis Tsese, a Washingtoni Egyetem tudósai áprilisban arról számoltak be, hogy három, egyenként több tíz kilobájtos képfájlt 40 000 DNS-szálba tudtak rögzíteni saját kódolási sémájuk segítségével, majd külön-külön elolvasták őket, nem pedig hibázni. Áprilisban mutatták be munkájukat az Elektronikus Számítástechnikai Szövetség konferenciáján. A 10 millió karakterlánccal, amelyet a Microsoft vásárol a Twist Bioscience-től, a tudósok azt tervezik bizonyítani, hogy a DNS-adatok sokkal nagyobb méretben tárolhatók. "Célunk egy olyan végső rendszer bemutatása, amelyben DNS-fájlokat kódolunk, molekulákat szintetizálunk, hosszú ideig tárolunk, majd a DNS szekvenálásával helyreállítjuk" - mondja Strauss. - A ritmusokkal indulunk, és visszatérünk az ütemekre.
Promóciós videó:
A Micron memóriagyártó tanulmányozza a DNS-t, mint szilícium utáni technológiát. A cég finanszírozza az Idahói Egyház és Egyetem tudósainak munkáját, hogy hibamentes tárolási rendszert hozzon létre a DNS-ben. "A tárolás növekvő költsége alternatív megoldásokat fog vezetni, és a DNS-tárolás az egyik legígéretesebb megoldás" - mondta Gurtei Sandu, a Micron fejlett technológiai fejlesztési igazgatója.
A tudósok még mindig keresik az adatok kódolásával és dekódolásával kapcsolatos hibák számának csökkentését. De a technológia nagy része már működik. Tehát mi akadályoz meg bennünket abban, hogy a cipősdoboz méretű adattárházakból a DNS üvegkapszulákba költözzünk? Költség. "A felvételi folyamat milliószor drágább" - mondja Seelig.
Ennek oka: A DNS előállítása nano méretű molekulák egyesével történő megkötését jelenti nagy pontossággal - ez nem könnyű feladat. Bár a szekvenálás költségei a szolgáltatás iránti gyorsan növekvő igény miatt csökkentek, a DNS-szintézisnek nem volt hasonló meghajtója a piacon. Milenkovic körülbelül 150 dollárt fizetett 1000 szintetizált nukleotidból álló húr létrehozásáért. Millió nukleotid szekvenálása körülbelül egy centbe kerül.
A Microsoft és a Micron iránti érdeklődés az adattárolás iránt csak a lendület szükséges a költségek csökkentésének megkezdéséhez - mondja Seelig. Okos tervezés és új technológiák, például a mikrofluidika és a nanorészes DNS-szekvenálás, amelyek segítenek a folyamat csökkentésében és felgyorsításában, szintén előrelépést jelentenek. Órákba telik több száz bázispár szekvenálása - és napok szintetizálása - egy csomó berendezés felhasználásával. Bárcsak mindezt egy kis dobozban tudnám megtenni, különben elvész a tárolási sűrűség előnye.
Ha minden jól megy, Strauss olyan vállalatokat képzel el, amelyek a következő évtizedre archiv DNS-megőrzési szolgáltatásokat kínálnak. "Megnyithatja böngészőjét, és feltölthet fájlokat a webhelyére, vagy visszaviheti a bájtokat, mint a felhőhöz hasonlóan" - mondja. Vagy vásárolhat DNS-lemezt merevlemez helyett.
KHEL ILYA