ДНК, известная своей невероятной плотностью информации, уже давно рассматривается учеными как потенциальный носитель данных. Один грамм ДНК теоретически может хранить ошеломляющие 215 000 терабайт информации. Однако, несмотря на этот потенциал, превращение ДНК в практическое решение для хранения данных было сложной задачей.
Традиционные методы кодирования данных в цепочки ДНК включают создание с нуля индивидуальных последовательностей ДНК. Ученые называют этот процесс "де-ново синтезом". Этот метод трудоемкий, медленный, дорогой и подвержен ошибкам.
В недавнем исследовании команда из Пекинского университета и трех других учреждений описала умную альтернативу: использование естественного процесса метилирования ДНК для перезаписи цепочек ДНК вместо создания новых.
Перезапись ДНК
Метилирование является частью эпигенетической модификации ДНК, которая происходит в течение жизни организма, а не на протяжении поколений. Ученые использовали этот процесс для "печати" новых данных на существующей ДНК.
Исследователи разработали 700 различных компонентов ДНК "подвижного шрифта" из нуклеиновых кислот. Используя их, они могут вручную или автоматически записывать данные, метилируя определенные участки существующих цепочек ДНК - мутируя "эпи-биты" для кодирования информации.
По словам ученых, этот прорыв сравним с написанием книги на текстовом процессоре, а не с помощью молотка и зубила.
Команда протестировала свой метод, закодировав изображения, такие как китайский тигр (16 833 бита) и фото панды (252 504 бита), со скоростью около 350 бит за реакцию. Эта скорость невероятно медленная по сравнению даже с самым медленным жестким диском, но все же это огромное улучшение по сравнению с традиционным де-ново синтезом. Кроме того, поскольку техника использует существующую ДНК, а не синтезирует новые цепочки, этот подход теоретически гораздо дешевле.
Исследователи также создали удобное приложение для хранения данных в ДНК под названием iDNAdrive, которое делает процесс доступным даже для неспециалистов. Шестьдесят добровольцев без биологического образования вручную закодировали около 5000 бит текстовых данных с помощью этого программного обеспечения. Еще одним преимуществом приложения является то, что оно повышает доступность хранения данных в ДНК за пределами лаборатории.
Прямо сейчас в мире идет настоящая гонка между различными научными лабораториями и исследовательскими центрами. Цель этой гонки - представить коммерчески выгодную технологию хранения данных в ДНК. Такая технология может принести создателям золотые горы, учитывая, что человечество оперирует все большими объемами информации, а дата-центры потребляют все больше и больше энергии каждый год.
Исследование опубликовано в журнале Nature.
