W ostatnich latach DNA zyskało nowe zastosowania, które wykraczają poza biologię. Jednym z najbardziej fascynujących kierunków badań jest wykorzystanie DNA do przechowywania danych. Choć technologia ta była teoretycznie możliwa już od pewnego czasu, to proces kodowania informacji do molekuły DNA był do tej pory niezwykle żmudny i czasochłonny. Teraz jednak naukowcy znaleźli sposób, aby znacząco przyspieszyć ten proces, naśladując naturalne mechanizmy biologiczne, które kontrolują ekspresję genów. Ten przełom może doprowadzić do opracowania łatwych w użyciu, trwałych technologii przechowywania danych w DNA.
Choć jedno ziarno DNA może pomieścić setki milionów gigabajtów danych, technologia ich rzeczywistego wykorzystania nie jest jeszcze w pełni rozwinięta. Jednym z kluczowych wyzwań jest fakt, że każda molekuła DNA musi być syntetyzowana „od zera” w celu zakodowania konkretnych informacji. Jest to proces skomplikowany, wymagający precyzyjnego projektowania i wytwarzania każdej sekwencji.
Nowe podejście do zapisu informacji na DNA
Zespół badaczy z Uniwersytetu Pekińskiego w Chinach, pod kierownictwem Long Qian, opracował nową metodę, która pozwala na znacznie bardziej efektywne zapisywanie informacji na DNA. W porównaniu do standardowego podejścia, które przypomina pisanie na maszynie – gdzie każda litera musi być wprowadzona osobno – nowa metoda działa jak drukowanie całych stron informacji jednocześnie. „To tak, jakby wszystkie dane od razu pojawiały się na ‘papierze’,” twierdzi Harris Wang z Uniwersytetu Columbia w Nowym Jorku, który nie brał udziału w badaniach.
Badacze przekształcili długie nici DNA w binarny kod, który jest podstawą współczesnej technologii komputerowej, gdzie dane są reprezentowane jako ciągi jedynek i zer. Stosując gotowe szablony DNA, naukowcy dołączali do nich krótsze fragmenty DNA, podobnie jak nawleka się koraliki na nitkę. Następnie za pomocą reakcji chemicznej dodawano grupy metylowe – cząsteczki złożone z węgla i wodoru – w wybranych miejscach. Zmetylowane fragmenty odpowiadały binarnym „jedynkom”, a te niezmetylowane – „zerom”.
Wydajność na niespotykaną skalę
Proces metylacji nie jest nowy – komórki wykorzystują go naturalnie do stabilnego przechowywania dodatkowych warstw informacji bez zmiany samej sekwencji DNA. Jednak nowością było to, że zespół Qian opracował sposób na wykonanie tego procesu na masową skalę. Dzięki zastosowaniu specjalnych kodów kreskowych, naukowcy mogli zapisać aż 350 bitów informacji na jednym próbkowym DNA jednocześnie – co stanowi ogromną poprawę w porównaniu do poprzednich metod, gdzie możliwe było zapisanie tylko jednego bitu na raz.
W testach zapisano i odzyskano obrazy pandy oraz rysunku w kształcie tygrysa z dawnych Chin. Za pomocą sekwencjonera DNA oraz algorytmu korekcji błędów udało się odtworzyć te obrazy z dokładnością na poziomie co najmniej 97%. To imponujący wynik, który pokazuje, jak precyzyjne może być przechowywanie danych w DNA.
DNA – nośnik danych przyszłości?
Co więcej, zespół badawczy uprościł proces na tyle, że 60 studentów, którzy nie mieli wcześniej doświadczenia w pracy z DNA, mogło samodzielnie zapisywać teksty w próbkach DNA, korzystając z zestawów do „zrób to sam”. Te zestawy zawierały podstawowy sprzęt chemiczny do przeprowadzania reakcji metylacji oraz program komputerowy tłumaczący tekst na kod binarny. Wyniki? Średni poziom błędu wynosił mniej niż 2%, co otwiera drzwi do przyszłych „domowych drukarek DNA” lub zestawów umożliwiających przechowywanie danych w DNA bez potrzeby zaawansowanego sprzętu laboratoryjnego.
Według Qian, tego typu zestawy mogłyby się przyczynić do stworzenia „domowych drukarek DNA” lub zestawów do przechowywania, które pozwoliłyby użytkownikom na archiwizowanie istotnych danych osobistych – takich jak dokumenty prawne czy zdjęcia cyfrowe – w formie, która mogłaby przetrwać setki lat.
Wang dodaje, że technologia oparta na DNA może być szczególnie użyteczna w przechowywaniu archiwalnym. W przeciwieństwie do technologii dysków czy taśm magnetycznych, które z czasem mogą wypaść z użycia, sekwencjonowanie DNA będzie się prawdopodobnie stale rozwijać, czyniąc tę metodę coraz bardziej atrakcyjną.
Przyszłość przechowywania danych
Rozwój technologii przechowywania danych w DNA może zrewolucjonizować sposób, w jaki zabezpieczamy i archiwizujemy informacje. Niezwykła trwałość DNA, jego kompaktowy rozmiar i zdolność do przechowywania ogromnych ilości danych sprawiają, że może stać się ono idealnym nośnikiem danych przyszłości. Choć technologia ta znajduje się jeszcze w fazie eksperymentalnej, jej potencjał jest ogromny. To, co dzisiaj wydaje się być futurystycznym pomysłem, może wkrótce stać się codziennością – zarówno w laboratoriach, jak i w naszych domach.
