Новая технология печати ДНК может произвести революцию в том, как мы храним данные
Какими бы эффективными ни были электронные системы хранения данных, они не имеют ничего общего с природной версией — ДНК. Новая технология записи данных в ДНК работает как печатный станок и делает это настолько простым, что это может сделать каждый.
Запись данных в ДНК обычно включает в себя синтез нитей по одной букве за раз, как нанизывание бусинок на нить. Очевидно, что это очень медленный процесс, особенно если в данной последовательности ДНК могут быть миллиарды таких букв или оснований.
Вместо того, чтобы писать по одному биту за раз, эта печатная машина ускоряет запись до 350 бит одновременно за реакцию.
Чтобы упростить В процессе данные кодируются не обычными буквами ДНК GCAT, а привычными единицами и нулями двоичного кода. В этом случае химические маркеры были прикреплены к некоторым блокам ДНК, но не к другим – те, у которых были маркеры, представляли собой единицы, а те, у которых нет, были нулями.
Команда протестировала эту технику, сохранив изображения, в том числе 16 833 бита для древнего китайского изображения тигра и фотографию панды, состоящую из более чем 252 500 бит. После некоторой настройки 100 процентов данных можно было восстановить с помощью стандартных методов считывания ДНК.
Чтобы похвастаться насколько простым может быть использование, команда провела эксперимент с участием 60 человек. Участники использовали программную платформу iDNAdrive для кодирования фрагментов текста по своему выбору общим объемом около 5000 бит. Данные были успешно считаны с точностью 98,58 процента.
Привлекательность хранения данных ДНК очевидна. Во-первых, она невероятно плотная: по оценкам, всего в 1 см3 ДНК можно хранить более 10 миллиардов гигабайт данных. Более того, при правильных условиях эти данные могут храниться тысячи или даже миллионы лет, что делает их отличной архивной системой.
Изобретение подвижной печати позволило начать массовое производство текстов. Отдельные символы на маленьких марках можно было объединить в большие блоки, чтобы быстро напечатать большое количество копий. Вдохновением для создания молекулярного подвижного типа послужило то, как наши собственные клетки хранят и обрабатывают данные.
Каждая клетка в ваше тело содержит ваш полный геном. Что отличает клетки в различных тканях, так это дополнительный слой информации, называемый эпигеномом. Прикрепленные химические маркеры указывают, какие гены необходимо включить или выключить, чтобы клетки могли выполнять разные роли.
Чтобы Иными словами, если бы ваше тело было компанией, каждый сотрудник получил бы одно и то же руководство, но разные отделы — мозг, печень, кожа и т. д. — выделили бы разные главы, поэтому клетки знали конкретную информацию, необходимую им для выполнения своей работы.
Для новой печатной машины ДНК эти маркеры, или метильные группы, удерживают записываемую и считываемую информацию. Кубики ДНК представляют собой подвижные фрагменты текста, а пустые нити шаблона ДНК представляют собой бумагу.
При определенном необходима последовательность, подбираются соответствующие кирпичики и помещаются в раствор вместе с шаблоном. Оказавшись там, кирпичики связываются с определенными участками шаблона ДНК.
Наконец-то появились чернила. Фермент копирует все метильные группы из кирпичиков на каждую часть матрицы ДНК. Позже устройство секвенирования нанопор сможет считывать комбинацию единиц и нулей, чтобы воссоздать сохраненные цифровые файлы.
Поскольку кирпичики самособираются на цепи ДНК-матрицы, большая часть записей происходит одновременно, а не постепенно. Ускорение этого процесса и обеспечение его доступности для неученых может помочь ДНК стать жизнеспособным носителем данных.
Работа была опубликована в журнале Nature.
