215 000 TB в една молекула: ДНК се превръща в хранилище за данни

Екип от учени е разработил метод за записване на цифрова информация върху молекули ДНК, който е 350 пъти по-бърз от съществуващите технологии. Изследването демонстрира нов начин за съхраняване на данни чрез епигенетична модификация на ДНК. Специалистите са уверени, че подобна технология може да проправи пътя към създаването на биомолекулярни системи за реално съхранение на информация.

Въз основа на изследването учените твърдят, че една молекула човешка ДНК може потенциално да съхранява до 215 000 терабайта информация. Tази способност отдавна е привлякла вниманието на научната общност към ДНК като перспективен носител на цифрови данни.

Две основни пречки обаче все още стоят на пътя на пълното използване на ДНК за съхранение на информация. Първaта е разходите за производство. Днес единственият възможен начин за записване на данни е синтезирането на ДНК в заводи, но този подход е твърде скъп за масова употреба. Втората трудност е бавната скорост на процесите за кодиране на информация върху молекулите.

Предложеният подход решава и двата проблема, като използва естествени механизми, които значително ускоряват процеса. Методът се основава на метилиране на азотни бази върху вече съществуващ ДНК шаблон. Това елиминира необходимостта от синтез и позволява високоскоростно записване на данни, наречени от изследователите епи-битове (epi-bit) – аналог на битовете в конвенционалните цифрови компютри.

Метилирането или липсата на такова позволява данните да се представят като 1 и 0. Тестовете показват, че новият метод е в състояние да записва данни със скорост 350 бита на реакция, което е значителна стъпка напред в сравнение с предишните подходи, които осигуряваха само един бит на реакция.

В допълнение към подобряването на производителността учените също така подобриха използваемостта на ДНК устройствата, като създадоха платформата iDNAdrive. Около 60 доброволци от различни научни области успешно са кодирали около 5000 бита текстова информация на платформата.

Въпреки това технологията все още отстъпва на традиционните методи за съхранение. Дори при използването на epi-bit и автоматизирана платформа за обработка на течности, скоростта на запис на данни достига само 40 бита в секунда. За сравнение, съвременните SSD дискове могат да четат и записват данни със скорост 200-550 MB/s и дори повече.

Изследователите посочват и въпроси относно трайността на метиловите маркери, създадени чрез новата технология. Освен това съществува проблемът с осъществяването на случаен достъп до данните, подобен на оперативната памет. Селективният достъп до файловете в epi-bit системата изисква прочитане на цялата база данни, което е неефективно при нанопоровото секвениране.

Цената на технологията на епи-битовете засега надхвърля тази на традиционните системи за съхранение на данни, базирани на ДНК. Въпреки това учените се надяват, че по-нататъшната автоматизация и оптимизация ще спомогнат за намаляване на разходите и доближаване до комерсиализацията ѝ.