Naukowcy opracowali nową technologię wykorzystującą kod genetyczny DNA do przechowywania danych, co przyspiesza poszukiwania potężnych rozwiązań do tańszego i bardziej zrównoważonego zapisywania rosnących ilości informacji cyfrowych.
DNA jest postrzegane jako potencjalne zbawienie dla gospodarek zależnych od danych, ponieważ jest stabilne, a jeden gram może teoretycznie przechowywać równowartość około 10 milionów godzin wideo w wysokiej rozdzielczości.
Teraz badacze z instytucji amerykańskich, chińskich i niemieckich użyli prostej reakcji chemicznej do naśladowania systemu binarnego tradycyjnych komputerów, umożliwiając dokładne i znacznie szybsze niż tradycyjne metody nanoszenie informacji na DNA.
Obiecująca nowa technologia, opisana w artykule w Nature w środę, powinna umożliwić „zastosowania w rzeczywistym świecie” przechowywania danych w DNA, które mniej obciążają elektryczność i inne zasoby — powiedział Long Qian, współautor pracy.
„Obecne technologie przechowywania danych po prostu [nie mogą] sobie pozwolić na przechowywanie i zachowywanie ogromnych ilości danych, które zbieramy i produkujemy każdego dnia” — powiedział Qian, badacz w Centrum Biologii Ilościowej na Uniwersytecie Pekińskim w Chinach. „Jeśli dane mają być przechowywane przez ponad 50 lat… zachowywanie danych w DNA będzie tańsze niż używanie i utrzymywanie dysków twardych.”
Poprzednie próby zapisywania informacji na syntetycznym kodzie genetycznym były czasochłonne, kosztowne i podatne na błędy.
W tym projekcie naukowcy wykorzystali naturalny proces chemiczny znany jako metylacja do modyfikacji biologicznych bloków budulcowych w DNA znanych jako zasady. Ponieważ oznaczało to, że zasady były albo metylowane, albo niemetylowane, dawało im to dwa możliwe stany do kodowania informacji — jak wartości binarne 0 i 1 używane przez komputery.
Potencjalną zaletą metylacji jest jej prostota w porównaniu z konwencjonalnymi metodami przechowywania danych w DNA, które polegają na budowaniu coraz większych ilości nowego kodu genetycznego. Badacze użyli swojej techniki do przechowywania obrazów, takich jak kolorowe zdjęcie pandy i odbitka — reprodukcja tekstury powierzchni — tygrysa wykonana podczas chińskiej dynastii Han.
Jeśli istniejące techniki przechowywania danych w DNA były jak wiązanie węzłów na linie w celu zapisywania informacji, nowe podejście było równoważne z ruchomym drukiem, powiedział Qian. Badacze oszacowali, że ich strategia kodowania może potencjalnie okazać się 10 000 razy szybsza niż istniejące metody przy ułamku kosztów, dodała.
„Proces jest bardziej jak 'prasa drukarska’ i mniej jak 'pozostawianie śladu okruszków’. Nadzieja jest na to, aby uczynić rzeczy małymi, szybkimi, trwałymi, nie szkodzącymi środowisku i tanimi” — powiedział Nick Goldman, starszy naukowiec w Europejskim Instytucie Bioinformatyki, dodając, że potrzebna będzie dalsza ocena szybkości i kosztów systemu.
Napędzany rosnącym wykorzystaniem sztucznej inteligencji, ilość danych generowanych rocznie teraz sięga zettabajtów, czyli bilionów gigabajtów. To zwiększa presję na pojemność przechowywania cyfrowego, a także wywołuje ogromne zapotrzebowanie na energię elektryczną z centrów danych na całym świecie.
Niektóre firmy, takie jak Amazon, Google i Microsoft, dążą do zawierania umów na dostawy energii jądrowej, aby zaspokoić swoje potrzeby w zakresie danych w chmurze.
Nowa technika przechowywania danych w DNA miała „potencjał do obejścia ograniczeń czasowych i kosztowych konwencjonalnych podejść”, według towarzyszącego komentarza również opublikowanego w Nature.
Ale metoda wciąż napotykała pytania, powiedzieli autorzy komentarza Carina Imburgia i Jeff Nivala z Uniwersytetu Waszyngtońskiego. Obejmowały one długoterminową stabilność chemicznie zmienionych zasad i złożone procesy potrzebne do ich kopiowania i — w niektórych okolicznościach — odczytywania.
Całkowity koszt nowego systemu przekracza koszt konwencjonalnego przechowywania danych w DNA i systemów przechowywania cyfrowego, co ogranicza natychmiastowe praktyczne zastosowania. Rozwiązanie nierozstrzygniętych kwestii pomoże uczynić system bardziej skalowalnym i praktycznym dla szerokiego zakresu zastosowań.