ДНК как цифровое устройство

21.06.2021 8715

ДНК может скоро стать цифровым запоминающим устройством.

ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) - это макромолекула, главное хранилище наследственной информации и генетической программы развития и функционирования живого организма.

ДНК имеет двухцепочечную структуру, где каждая цепочка представляет собой последовательность нуклеотидов: аденина, тимина, цитозина и гуанина. Нуклеотиды работают как небольшие «магнитики», которые сцепляют эти две цепочки водородными связями. Аденин соединяется только с тимином, а цитозин – с гуанином.

Мы живем в век информации и данных, и каждый день их создается все больше. По оценкам, сейчас на планете около десяти триллионов гигабайт цифровых данных, и около 2,5 миллиона гигабайт добавляются к этой сумме ежедневно. Эксабайт – это один миллиард гигабайт, а эксабайтные центры обработки данных в настоящее время используются для хранения большей части мировых данных. Эти центры могут быть размером с несколько футбольных полей и стоить до миллиарда долларов.

Многие ученые считают, что альтернативное решение заключается в молекуле, которая содержит нашу генетическую информацию: ДНК, которая эволюционировала для хранения огромных объемов информации с очень высокой плотностью. По словам Марка Бата, профессора биологической инженерии Массачусетского технологического института, в кофейной кружке, полной ДНК, теоретически можно хранить все данные человечества.

К сожалению, сейчас создание ДНК для этой цели было бы дорогостоящим. По оценкам, запись одного миллиона гигабайт будет стоить один триллион долларов. По оценкам Бата, стоимость должна снизиться примерно в шесть раз, чтобы быть конкурентоспособной по сравнению с популярным в настоящее время способом хранения – магнитной лентой. Но это падение цен может произойти в течение двух десятилетий или даже раньше, – предположил он. Другая проблема – найти способ отсортировать данные, чтобы можно было легко и быстро найти нужный фрагмент.

Прямо сейчас ПЦР используется для поиска правильной последовательности – праймеры с определенной известной последовательностью можно использовать для амплификации большей целевой последовательности в ДНК в виде процесса поиска. Но с этим методом есть проблемы. Во-первых, он использует ДНК, потому что это ферментативная реакция.

«На текущем этапе проверки нашей концепции скорость поиска составляет один килобайт в секунду. Скорость поиска в нашей файловой системе определяется размером данных на капсулу, который в настоящее время ограничен непомерно высокой стоимостью записи даже 100 мегабайт данных о ДНК и количество сортировщиков, которые мы можем использовать параллельно. Если синтез ДНК станет достаточно дешевым, мы сможем максимально увеличить размер данных, которые мы можем хранить в файле с нашим подходом», – сказал соавтор исследования и старший постдок Массачусетского технологического института Джеймс Банал.

Штрих-коды были длиной около 25 нуклеотидов. Если два штрих-кода помещены в каждый файл, 10 10 (десять миллиардов) различных файлов могут быть однозначно помечены, а с четырьмя метками можно однозначно пометить 10 20 (десять квинтиллионов) файлов.

Источник : ( Ссылка ), ( Ссылка )