Учёным удалось записать около 700 терабайт в ДНК

Когда дело доходит до хранения информации, связанной с ДНК, жёсткие диски тут не помощники. Наш генетический код хранит в себе миллиарды гигабайт в одном единственном грамме. Простой миллиграмм молекулы может кодировать полный текст всех книг «Library of Congress» и ещё останется достаточно свободного места. До недавнего времени, всё это являлось только теорией, пока в новом исследовании учёные смогли сохранить весь генетический учебник в ДНК, размером меньше чем один пикограмм - одна триллионная грамма - прогресс, который совершил революцию в сохранении данных, сообщает «Petrik.kz».

Несколько команд попытались записать данные в геноме живых клеток. Но данный подход имеет несколько недостатков. Во-первых, клетки умирают, что может привести к потере данных. Во-вторых клетки обладают таким свойством, как репликация, что с течением времени приводит к внедрению новой мутации и может послужить изменением данных.

Чтобы обойти эти проблемы, команда под руководством Георгия Чурча, биолог «Гарвардской медицинской школы» (Harvard Medical School) в Бостоне, создала информационно-архивную систему ДНК, которая вообще не использует клетки. Вместо этого, в струйный принтер вкладываются короткие фрагменты химически синтезированного ДНК на поверхности крошечного стеклянного чипа. Для кодирования цифрового файла, исследователи делят его на мелкие блоки данных и конвертируют их не в 1 и 0 типичных цифровых носителях данных, а в четырёхбуквенной системе кодирования A, C, G и T. Таким образом, каждая фрагмент ДНК содержит цифровой «штрих-код», который записывает его расположение в исходном файле. Чтение данных требует секвенсор ДНК и компьютер, чтобы собрать все фрагменты в порядок и конвертировать их обратно в цифровой формат. Таким образом, компьютер проводит корректирование: каждый блок данных копируется тысячи раз и подвергается сравнению с другими копиями, в результате этого выявляются и фиксируются любые ошибки.

Чтобы продемонстрировать свою систему в действии, учёные использовали ДНК чипы для кодирования книг по генетике. Это сработало. После преобразования книги в ДНК и перевода его обратно в цифровую форму, система совершила только две ошибки из миллиона битов, оставив всего лишь нескольких опечаток. Эта система сравнима с DVD дисками и намного превосходит магнитные жёсткие диски. Из-за их крошечного размера, ДНК чипы являются носителем данных с самой высокой информационной плотностью, сообщили исследователи в журнале «Science».

Просто представьте, один грамм ДНК может хранить в себе 700 терабайт данных. Это 14 000 «Blue-ray» дисков по 50 гигабайт. Чтобы записать такой объём информации на жёсткие диски, потребовалось бы 233 жёстких диска, объёмом по 3 терабайт каждый, общим весом в 151 килограмм. В свои опытах Чурча записал в ДНК 700 килобайт данных (последняя книга Чурча), а затем создал 70 миллиардов её копий. Всего же получилось около 44 петабайт записанной информации.

Хотелось бы отметить, что на сегодняшний день пока ещё нельзя заменить флэш-диск генетическим материалом. «В настоящее время стоимость упорядочивания ДНК и других инструментов делает это непрактичным для общего пользования», - говорит Дэниел Гибсон, биолог из «Института Дж. Крейга Вентера» (J. Craig Venter Institute) в Роквилле, штат Мэриленд. «Но, время движется быстро и эта технология в скором времени станет более доступной, быстрой и будет иметь самые мизерные размеры».

Гибсон руководил командой, создавшей первый полностью синтетический геном, который включал «водяные знаки» дополнительных данных, закодированных в ДНК. Тогда, исследователи использовали трёхбуквенную систему кодирования, которая является менее эффективной, чем система команды Чурча, но имеет встроенные средства защиты живых клеток от перевода ДНК в белки.