Ученые разработали технологию, позволяющую хранить петабайты информации в ДНК на протяжении тысячелетий. Также система способна обрабатывать данные, что было продемонстрировано на примере решения судоку.
ДНК-накопитель
Одно из главных преимуществ ДНК - невероятная плотность хранения информации. В одной капле этого вещества содержится больше данных, чем в лучших электронных жестких дисках. Каждая клетка человеческого тела может хранить около 800 МБ данных, а учитывая, что человек состоит из триллионов клеток, каждый представитель человечества является ходячим дата-центром. Потому неудивительно, что ученые стремятся использовать эту эффективную природную систему хранения данных.
Увы, работа с ДНК не лишена сложностей. ДНК является довольно хрупким материалом. Запись, чтение, перемещение и обработка информации на нее могут быть проблематичными. Но теперь разработана система, способная решить эти проблемы.
Как это работает?
Ключом является мягкий полимерный материал, который действует как каркас для ДНК. Этот материал может быть дегидратирован для долгосрочного хранения и регидратирован для извлечения данных.
"Мы создали полимерные структуры, которые мы называем дендрикоидами. Они начинаются с микроскопического уровня, но разветвляются друг от друга иерархическим образом, создавая сеть наноразмерных волокон. Эта морфология создает структуру с высокой площадью поверхности, что позволяет нам откладывать ДНК между нановолокнами без ущерба для плотности данных", - поясняет Орлин Велев, один из авторов исследования.
Технология позволяет хранить данные с невероятной плотностью - 10 ПБ на см³. Другими словами, это 10 миллионов ГБ в пространстве размером с кубик сахара. Дендрикоид может лучше удерживать файлы, чем голая ДНК, и выдерживает более 170 циклов дегидратации/регидратации по сравнению с 60 циклами с голой ДНК.
Как и другие методы хранения данных в ДНК, эта технология может быть хорошо применима для долгосрочного архивного хранения. Исследователи прогнозируют, что ДНК, хранимое на их полимерных нановолокнах, будет иметь период полураспада около 6 тысяч лет при температуре холодильника 4 °C и около 2 млн лет при замораживании до -18 °C.
Для записи данных на ДНК алгоритмы сначала преобразуют их в последовательности нуклеиновых кислот - знакомые буквы ACGT кода ДНК. Конкретные фрагменты информации могут быть извлечены с помощью молекул РНК, которые копируют данные из ДНК, а затем секвенируют эту РНК. Это означает, что вам не нужно разрушать ДНК, чтобы прочитать ее, в отличие от некоторых существующих методов хранения данных в ДНК.
Новая система также позволяет проводить вычисления непосредственно внутри ДНК с помощью ферментов. Это было продемонстрировано на примере решения упрощенных 3x3 шахматных и судоку задач.
"Возможность различать ДНК-информацию от нановолокон, на которых она хранится, позволяет нам выполнять многие из тех же функций, что и с электронными устройствами. Мы можем копировать ДНК-информацию непосредственно с поверхности материала без повреждения ДНК. Мы также можем стирать целевые фрагменты ДНК и затем перезаписывать на ту же поверхность, как при удалении и перезаписи информации, хранящейся на жестком диске. Это по сути позволяет нам проводить весь спектр функций хранения и обработки данных в ДНК", - говорит Кевин Лин, первый автор исследования.
Исследование было опубликовано в журнале Nature Nanotechnology.
