В эпоху, когда данные играют ключевую роль, создание эффективных и доступных центров обработки информации становится приоритетом. Традиционные дата-центры требуют значительных ресурсов, занимая большие площади и потребляя много энергии, что делает их причиной выбросов углекислого газа. Хранение данных на основе ДНК больше не попадает в категорию научной фантастики – такие технологии уже существуют.
Задумка внедрения ДНК для хранения информации обсуждалась с 1988 года, когда исследователи из Гарварда закодировали минимальные графические данные в ДНК бактерии. Однако реальный прорыв произошел в
2011 году с появлением управляемого синтеза ДНК, что сделало эту технологию более доступной.
Преимущества ДНК
ДНК-данные занимают крайне мало места из-за плотности молекул, однако с ними возникают некоторые сложности. Проблема заключается в чтении информации, так как текущие методы приводят к множеству ошибок. Недавние разработки включают использование микрокапсул для хранения отдельных файлов, что позволяет значительно улучшить качество чтения и сократить количество ошибок. Ученые также внедрили флуоресцентные метки для упрощения поиска и сортировки данных.
Новая система ДНК-хранилищ
На сегодняшний день данные извлекаются с помощью полимеразной цепной реакции. При необходимости изъять конкретный элемент применяется база для поиска и прикрепления к нужной нити ДНК. Далее он дублируется, чтобы механизм смог выявить и интерпретировать данные. Однако при любом открытии исходная информация теряет свое качество, что затрудняет одновременное считывание нескольких файлов. Для решения этой проблемы исследователи заключили ДНК в микрокапсулы, составленные из белков и полимеров, с одним файлом внутри. При нагревании выше 50 градусов по Цельсию капсулы герметизируются, позволяя ПЦР работать с каждым файлом по отдельности.
После возврата температуры к норме копии отсоединяются, оставляя оригинал нетронутым. Это предотвращает ухудшение качества исходного файла при каждом чтении и значительно снижает количество ошибок. Исследователи утверждают, что система способна считывать до 25 файлов одновременно, теряя лишь 0,3% данных после трех чтений вместо 35% при традиционных подходах. Для удобства каждому файлу присвоена флуоресцентная метка, а капсуле — свой цвет, тем самым упростив организацию данных. В конечном итоге команда представляет центр данных, где информация кодируется в ДНК, а роботы могут взаимодействовать с капсулами для считывания и возврата данных.
Экспертное мнение
«Достижения в соединении и секвенировании ДНК открыли возможность долгосрочного хранения информации в виде ДНК. Тем не менее, обеспечение свободного доступа на основе ПЦР по-прежнему представляет собой трудности», — рассказал нам Никита Новиков, заведующий лабораторией материаловедения университета РТУ МИРЭА. Он также отметил, что инновационный способ, использующий полупроницаемые микрокомпартменты, позволяет осуществлять произвольный доступ на базе ПЦР. Однако, в отличие от последней, ДНК-кодированные файлы остаются внутри микрокомпартментов после амплификации и последующего извлечения данных, что дает шанс повторного копирования исходных молекул. «Главными достоинствами нового подхода считаются невысокая цена и возможность заново получить доступ к зашифрованным данным, несмотря на увеличенное время, необходимое для их кодирования», — добавил Новиков.