Cała cyfrowa zawartość świata mogłaby zmieścić się w zaledwie kilku kilogramach DNA, a więc w niedużym pudełku
Paweł Rożyński
DNA może być postrzegane jako potencjalne wybawienie gospodarek i firm zależnych od danych, ponieważ jest stabilne i tylko jeden jego gram może teoretycznie przechowywać równowartość około 10 milionów godzin wideo w wysokiej rozdzielczości. Cała cyfrowa zawartość świata mogłaby zmieścić się w zaledwie kilku kilogramach DNA. Kolejną zaletą jest trwałość archiwów danych DNA. Mogą wytrzymać fizyczne uszkodzenia i przetrwać tysiące lat, jeśli są odpowiednio przechowywane. W efekcie to także idealne rozwiązanie dla przechowywania wyników badań naukowych czy dziedzictwa kulturowego.
Co można zapisać na DNA?
Badacze z Pekinu we współpracy z amerykańskimi i niemieckimi instytucjami wykorzystali prostą reakcję chemiczną, aby naśladować system binarny tradycyjnych komputerów, umożliwiając wprowadzenie informacji do DNA w postaci tekstów, obrazów i innych plików z dobrą dokładnością i znacznie szybciej niż w przypadku metod tradycyjnych. Obiecująca nowa technologia, o której donosi magazyn „Nature”, powinna umożliwić przechowywanie DNA w świecie rzeczywistym, a więc w pokojowej temperaturze, co przyniesie oszczędność w zużyciu energii elektrycznej i innych zasobów.
Obecne technologie przechowywania danych nie będą w stanie nadążyć z przechowywaniem i zabezpieczaniem ogromnych ilości danych tworzonych każdego dnia. – Jeśli dane będą przechowywane przez ponad 50 lat, zachowywanie danych w DNA będzie tańsze niż używanie i konserwacja dysków twardych – powiedziała Long Qian, badaczka w Centrum Biologii Ilościowej na chińskim Uniwersytecie w Pekinie i współautorka pracy.
Poprzednie próby zapisania informacji w syntetycznym kodzie genetycznym były czasochłonne, kosztowne i podatne na błędy. Wymagały też temperatur poniżej zera. Dopiero w połowie tego roku naukowcy z amerykańskiego MIT ogłosili, że osiągnęli niezwykły sukces, przechowując DNA w temperaturze pokojowej w bursztynowym polimerze (wcześniej robili to w cząsteczkach krzemionki, co było czasochłonne i kłopotliwe). Aby odczytać dane, materiał jest wystawiany na działanie cząsteczki zwanej cysteaminą (tzw. technika T-REX).
Kluczem jest metylacja
Chińscy naukowcy zamiast syntetycznego wykorzystali naturalny proces chemiczny znany jako metylacja do modyfikacji biologicznych elementów składowych DNA, zwanych zasadami. Ponieważ oznaczało to, że zasady były metylowane lub niemetylowane, dało im to dwa możliwe stany kodowania informacji – takie jak wartości binarne 0 i 1 używane przez komputery.
Potencjalną zaletą metylacji jest jej prostota w porównaniu z konwencjonalnymi metodami przechowywania danych DNA, które polegają na budowaniu coraz większej ilości nowego kodu genetycznego. Naukowcy wykorzystali swoją technikę do zakodowania i przechowywania obrazów, takich jak kolorowe zdjęcie pandy czy wizerunek tygrysa z czasów chińskiej dynastii Han. Po postu „nadrukowali je na nici DNA”.
– Jeśli istniejące techniki przechowywania danych DNA przypominają wiązanie węzłów na linie w celu zapisania informacji, nowe podejście jest równoznaczne z drukowaniem ruchomymi czcionkami – tłumaczy Qian. Naukowcy oszacowali, że ich strategia kodowania może potencjalnie okazać się 10 tys. razy szybsza niż istniejące metody za niewielki ułamek kosztów.
– Proces ten bardziej przypomina „prasę drukarską”. Mamy nadzieję, że urządzenia będą małe, szybkie, trwałe, nieszkodliwe dla środowiska i niedrogie – powiedział Nick Goldman, starszy naukowiec w Europejskim Instytucie Bioinformatyki, cytowany przez „Financial Times”. Dodał, że konieczna byłaby dokładniejsza ocena szybkości i kosztów systemu.
Zapotrzebowanie na bazy danych szybko rośnie
Dzięki rosnącemu wykorzystaniu sztucznej inteligencji ilość danych generowanych rocznie sięga obecnie zettabajtów, czyli bilionów gigabajtów. Według IDC do 2025 roku świat będzie musiał przechowywać kolosalne 175 zettabajtów danych (dla porównania w 2020 roku były to 44 zettabajty). Wywiera to rosnącą presję na pojemność pamięci cyfrowych, a także zwiększa ogromne zapotrzebowanie na energię elektryczną ze światowych centrów danych. Niektóre firmy, takie jak Amazon, Google i Microsoft, realizują umowy na dostawę energii jądrowej (a nawet myślą o uruchamianiu zamkniętych reaktorów), aby zaspokoić swoje potrzeby w zakresie danych w chmurze.
Nie wszyscy eksperci podzielają jednak optymizm dotyczący wykorzystania DNA. „Całkowity koszt nowego systemu przewyższa koszt konwencjonalnego przechowywania danych DNA i cyfrowych systemów przechowywania, co ogranicza bezpośrednie zastosowania praktyczne. Ale rozwiązanie problemów pomoże uczynić system bardziej skalowalnym i praktycznym w szerokim zakresie zastosowań” – napisali w komentarzu Carina Imburgia i Jeff Nivala z Uniwersytetu Waszyngtońskiego.
