DNA jako nośnik danych to technologia, która fascynuje naukowców od wielu lat, jednak do tej pory jej praktyczne zastosowania były ograniczone z powodu skomplikowanego procesu kodowania informacji. Najnowsze odkrycia mogą jednak zrewolucjonizować ten obszar i otworzyć nowe możliwości w zakresie przechowywania danych na skalę masową, a nawet umożliwić samodzielne tworzenie „domowych” systemów opartych na DNA.
DNA – idealny magazyn informacji?
Jednym z najbardziej intrygujących aspektów DNA jest jego zdolność do przechowywania ogromnych ilości danych. Zaledwie jeden gram DNA może pomieścić setki milionów gigabajtów informacji. Jednak mimo tego potencjału, technologia ta nie jest jeszcze w pełni wykorzystywana na szeroką skalę. Powód? Dotychczasowy proces kodowania danych w cząsteczkach DNA wymaga, by każda cząsteczka była tworzona od zera, z odpowiednio zaprojektowaną sekwencją kodującą konkretne dane.
Naukowcy z Uniwersytetu Pekińskiego, pod kierownictwem Long Qian, postanowili jednak przyspieszyć ten proces. Zamiast żmudnego tworzenia cząsteczek DNA, opracowali metodę, która naśladuje naturalny proces biologiczny – ekspresję genów – co znacząco zwiększa efektywność kodowania informacji na DNA.
Od pisania na maszynie do drukowania
Dr Harris Wang z Uniwersytetu Columbia, który nie był bezpośrednio zaangażowany w badania, porównuje nową metodę do różnicy między pisaniem na maszynie a drukowaniem. W tradycyjnym podejściu, każda informacja musi być kodowana krok po kroku, podobnie jak pisanie pojedynczych liter na maszynie. Nowa metoda pozwala natomiast na „wydrukowanie” wszystkich danych jednocześnie, co znacząco skraca czas potrzebny na zapisanie informacji.
Naukowcy zastosowali specjalnie przygotowane szablony DNA, na które dodawali krótsze nici DNA, przypominające nawlekanie koralików na sznurek. Następnie, za pomocą reakcji chemicznej, dodawali grupy metylowe – cząsteczki składające się z węgla i wodoru – które odpowiadały za kodowanie wartości binarnych. Zmetylowane nici oznaczały jedynki, a niezmetylowane zera w systemie binarnym, podstawowym języku komputerów.
Wydajność na niespotykaną skalę
Dzięki zastosowaniu kodu kreskowego do każdego szablonu DNA, zespół badawczy był w stanie zapisać 350 jednostek informacji (bitów) na raz, co stanowi ogromny postęp w stosunku do wcześniejszych metod, które pozwalały na zapisanie zaledwie jednego bitu na raz. To odkrycie otwiera drogę do znacznie bardziej wydajnych metod przechowywania danych.
W ramach testów, naukowcy zakodowali dwa obrazy – jeden przedstawiający pandę oraz drugi bazujący na starożytnym chińskim odcisku w kształcie tygrysa. Dzięki zastosowaniu sekwencera DNA i algorytmu korekcji błędów, udało się odzyskać obrazy z dokładnością wynoszącą aż 97 procent.
DNA na wyciągnięcie ręki – przyszłość przechowywania danych
Jeszcze bardziej imponujące jest to, że naukowcy zdołali uprościć technologię do tego stopnia, że 60 studentów bez wcześniejszego doświadczenia w pracy z DNA było w stanie samodzielnie zakodować tekst w próbkach DNA. Użyli do tego prostych zestawów do przeprowadzania reakcji metylacji oraz programu komputerowego, który tłumaczył słowa na kod binarny. Co ciekawe, ich błędy w kodowaniu były minimalne, wynosząc mniej niż 2 procent.
Wyniki te sugerują, że w przyszłości mogą powstać „domowe drukarki DNA” lub zestawy do przechowywania, które pozwolą na osobiste archiwizowanie danych, takich jak dokumenty prawne czy zdjęcia rodzinne, w formie, która może przetrwać setki lat.
DNA jako przyszłość archiwizacji
Dr Wang podkreśla, że choć obecne technologie, takie jak dyski twarde czy taśmy magnetyczne, mogą w końcu zostać wyparte, DNA pozostaje obiecującym nośnikiem danych na przyszłość. Technologia sekwencjonowania DNA rozwija się niezwykle dynamicznie, co tylko zwiększa jej potencjał jako narzędzia do długotrwałego przechowywania informacji.
W erze, gdy ilość danych rośnie w zastraszającym tempie, poszukiwanie nowych, bardziej efektywnych metod ich przechowywania jest kluczowe. Odkrycia związane z DNA jako nośnikiem danych to nie tylko techniczna ciekawostka, ale realna alternatywa, która może zrewolucjonizować sposób, w jaki archiwizujemy informacje w nadchodzących latach.
