Память на днк
Исследователи из Европейского института биоинформатики научились не только читать, но и самостоятельно синтезировать молекулы ДНК с записанной на них информацией. Ученые уже записали в свое биохранилище речь Мартина Лютера Кинга, сонеты Шекспира и прочую полезную информацию. Ни один из современных носителей не хранит информацию дольше нескольких веков.
Исходя из нынешнего технологического прогресса в области синтеза и секвенирования, носители ДНК для записи информации должны появиться в открытой продаже в течение десяти лет. Хотя ДНК позволяет хранить информацию тысячелетиями, первые коммерческие носители будут продаваться с гарантией до 50-ти лет, считают исследователи. Во время эксперимента исследователи записали в ДНК почти мегабайт информации, в том числе все 154 сонета Шекспира в формате .txt, видеоролик с записью выступления Мартина Лютера Кинга продолжительностью 26 секунд, обложку журнала Bioinformatics Institute в формате .jpeg, научную работу с описанием структуры ДНК в формате .pdf, а также ещё один файл с описанием процесса кодирования. В общей сложности всё уместилось в 739 килобайт. Это не первый такой случай — в прошлом году ученым удалось закодировать в ДНК (а затем прочесть) целую научную монографию («Генетическая память«). Уже тогда была продемонстрирована поразительная на фоне современных носителей плотность информации, которую обещают ДНК-носители, — 700 терабит на грамм собственного веса, в миллионы раз больше, чем у жестких дисков.
Новая же работа Ника Голдмана (Nick Goldman) и Эвана Бёрни (Ewan Birney) стала существенным усовершенствованием технологии — им удалось увеличить показатель плотности еще втрое, до 2,2 петабайт на грамм. При такой плотности хранения данных грамм ДНК может вместить 2,2 млн Гбит информации — количество, которое потребует 480 тыс. DVD-дисков!
Такие заоблачные объемы требуются человечеству уже сегодня. С ними приходится работать в рамках многих масштабных проектов — например, исследования на Большом адронном коллайдере ежегодно позволяют собирать 15 петабайт данных. Для таких масштабов и средства хранения и архивации требуются масштабные. Пока что для этих целей пользуются старыми добрыми магнитными пленками, которые то и дело приходится перезаписывать, поскольку они деградируют со временем.
В отличие от них, ДНК при минимальном объеме требует и минимального «ухода»: высушенный стерильный порошок достаточно держать в сухости и на холоде — и он пролежит тысячелетиями. Вопрос лишь в том, чтобы сделать такую систему удобной, несложной и не громоздкой. В том, наконец, чтобы переломить привычное восприятия ДНК, далекое от IT-решений.
Схема достаточно проста, однако синтез ДНК (запись данных) и ее секвенирование (чтение) впоследствии остаются пока слишком дорогостоящими процедурами. По последней оценке ученых, такой подход окупит себя лишь для архива, который должен беречь информацию лет 600 и больше. Впрочем, технологии работы с ДНК совершенствуются непрерывно, и стоимость таких базовых задач, как синтез и секвенирование, быстро падает. Возможно, она достигнет приемлемого уровня уже в ближайшие годы.
С другой стороны, у ДНК как у носителя информации для электроники есть масса недостатков. В нее пока исключительно трудно внести исправления — и просто невозможно «стереть» один блок данных и записать вместо него другой. Никак нельзя и считать блоки по отдельности — придется работать со всей молекулой.
преимуществом ДНК-памяти является ее стабильность: в отличие от цифровых магнитных и оптических носителей, реальное время жизни которых прогнозировать довольно сложно из-за молодости и несовершенства технологии, информация, записанная в ДНК посредством химических связей, может храниться десятки тысяч лет, что уже позволяет считывать генотипы некоторых вымерших в незапамятные времена животных и растений, а с дальнейшим развитием технологии — и возвращать их к жизни.
Тем не менее практическое использование этого метода сильно ограничено его громоздкостью, продолжительностью цикла запись/чтение и, конечно, стоимостью.
Доктор Ник Голдман из EMBL-EBI держит в руках пробирку со всеми сонетами Шекспира, классической научной статьей, звуковым файлом и фотографией своего института, записанными на ДНК. // Nature
ДНК-секвенатор. Это устройство, которое анализирует последовательности ДНК и требует для работы на нем как минимум специального образования. Закодировать в виде цепочки молекул ДНК можно любую информацию, в конкретном случае – звук. Для записи столь необычного альбома группа привлекла биохимика Сри Козури из Калифорнийского университета. Козури уже имел подобный опыт. В 2012 году ему удалось закодировать в формате ДНК книгу с изображениями.
Принцип кодирования информации заключается в следующем. Для начала она переводится в двоичный формат (ноль, единица). После этого двоичное кодирование должно быть переведено в комбинацию пар оснований ДНК (A, C, G и T). Далее специальная установка будет синтезировать молекулы ДНК. Эти молекулы ДНК помещаются в небольшой пузырек с жидкостью, который музыканты и будут продавать. Чтобы прочитать такой "файл", необходимо с помощью специального прибора выделить отдельную молекулу ДНК, "размотать" ее, прочесть и только потом сохранить в стандартный музыкальный формат.
Компания Oxford Nanopore Technologies объявила о том, что уже в этом году выпустит в продажу миниатюрный секвенатор ДНК MinION, получающий необходимую энергию от USB. Стоит отметить, что до сих пор не было инструментов, позволяющих оцифровывать ДНК последовательно, основание за основанием. Кроме того, новинка обещает снизить стоимость процесса, так как сам секвенатор будет продаваться по цене около $900.