https://bodybydarwin.com
Slider Image

Η αποθήκευση δεδομένων στο DNA μπορεί να μην είναι πρακτική, αλλά είναι δυνατή - και είναι σίγουρο ότι ακούγεται δροσερό

2020

Το DNA μας είναι η κωδικοποίηση που προγραμματίζει τα πάντα για εμάς. Τώρα χρησιμοποιείται για την κωδικοποίηση βίντεο και λειτουργικών συστημάτων. Πυκνό και ανθεκτικό, το DNA θα μπορούσε να αποθηκεύσει 200 ​​petabytes (200.000.000.000.000.000 bytes ή περίπου 200.000 φορητούς υπολογιστές) σε ένα γραμμάριο, όπως δείχνει μια μελέτη στην επιστήμη αυτής της εβδομάδας. Οι ειδικοί λένε ότι το DNA θα μπορούσε να είναι μια πολλά υποσχόμενη λύση αποθήκευσης στην εποχή της έκρηξης πληροφοριών - αν μόνο το κόστος δεν ήταν θέμα.

Οι ερευνητές του Χάρβαρντ συνέχισαν να αποθηκεύουν ένα βιβλίο 50.000 λέξεων το 2012. Και γύρω στο ίδιο χρονικό διάστημα, το Ευρωπαϊκό Ινστιτούτο Βιοπληροφορικής αποθηκεύει τα πράγματα, συμπεριλαμβανομένων των ηχηρών του Σαίξπηρ και ένα ηχητικό κλιπ της ομιλίας "Έχω ένα Όνειρο". Αλλά αυτό που κάνει αυτή την τελευταία ειδική μελέτη είναι ότι χρησιμοποιεί μια τεχνική κωδικοποίησης που όχι μόνο κάνει την αποθήκευση 60 τοις εκατό πιο αποτελεσματική, αλλά και πιο ισχυρή από λάθη, λέει ο συν-συγγραφέας Yaniv Erlich, καθηγητής πληροφορικής στο Πανεπιστήμιο Columbia και Core Member στο Κέντρο Γονιδιώματος της Νέας Υόρκης.

Ο Erlich λέει μόλις καταλάβετε πώς να κάνετε την κωδικοποίηση, ή τι DNA να συνθέσει ή να γράψει τα δεδομένα σε, τα υπόλοιπα είναι απλά: μια εταιρεία μπορεί να φροντίσει να κάνει το πραγματικό DNA. "Τα δεδομένα είναι μόνο μια ροή 0s και 1s. Το DNA είναι βασικά μόνο μια αλληλουχία τεσσάρων νουκλεοτιδίων. Πρέπει να χαρτογραφήσετε αυτά τα νουκλεοτίδια σε αυτά τα ζεύγη δυαδικών ψηφίων », λέει ο Erlich.

Αλλά η σύνθεση του DNA μπορεί να είναι μια δύσκολη επιχείρηση. Ο Σρι Κοσούρι, κύριος συγγραφέας του χαρτιού του Χάρβαρντ το 2012 και τώρα καθηγητής βιοχημείας στην UCLA (ο οποίος δεν συμμετείχε στην τελευταία μελέτη), λέει ότι «το μεγάλο πράγμα είναι ότι περίπου πέντε τοις εκατό ή λιγότερα από το χρόνο, ένα τυχαίο κομμάτι DNA απλά χαθείτε. "

"Είναι δύσκολο να συνθέσουμε και είναι δύσκολο να το διαβάσουμε για κάποιο λόγο", λέει ο Κόσρι, "έτσι εάν μπορείτε να χρησιμοποιήσετε έναν κώδικα που είναι ανθεκτικός σε μια τέτοια απώλεια, η αποθήκευση του DNA θα γίνει πολύ πιο εύκολη και καθαρότερη".

Και αυτό δείχνει το χαρτί του Erlich, λέει ο Kosuri - η μέθοδος ανέχεται τις ατέλειες στη διαδικασία σύνθεσης DNA. Οι ερευνητές πέτυχαν αυτό εφαρμόζοντας μια ειδική τεχνική κωδικοποίησης που συνήθως μετατρέπει τις ψηφιακές πληροφορίες που αποστέλλονται μέσω καναλιών που υπόκεινται σε διακοπή σύνδεσης, όπως ένα βίντεο στο Youtube που μεταδίδεται στο τηλέφωνό σας. Ο Erlich λέει ότι τα αποτελέσματά τους υποδηλώνουν ότι αυτή η τεχνική κωδικοποίησης μπορεί να αντιμετωπίσει το DNA που έχει πολύ χαμηλότερη ποιότητα από ό, τι χρησιμοποίησε στη μελέτη. "Μπορούμε ακόμα να πάρουμε τα αποτελέσματα που χρειαζόμαστε και να ανακτήσουμε σωστά τις πληροφορίες."

Η ομάδα κατάφερε με επιτυχία να αποθηκεύσει και να ανακτήσει ένα λειτουργικό σύστημα στο DNA, το οποίο είναι "ένα κομψό πράγμα που λέει ο Robert Grass, χημικός μηχανικός στο ETH Zurich που δεν συμμετείχε στη μελέτη." Ως καθημερινός χρήστης γνωρίζω ότι πρέπει να είναι λάθος, δωρεάν λέει η Grass.

Ο Erlich λέει ότι έβαλαν σε λειτουργία ένα λειτουργικό σύστημα: «Θέλαμε να δείξουμε ότι δεν φοβόμαστε να βάζουμε πράγματα που θα μπορούσαν να βυθιστούν εντελώς αν δεν αποκαταστήσουμε τέλεια το αρχείο».

Η Κοσούρι συμφωνεί ότι οι μέθοδοι χαρτιού είναι αποτελεσματικές. Πιστεύω ότι έκαναν τα σωστά σύνολα πειραμάτων για να ελέγξουν τον αλγόριθμο. Διάλεξαν τους σωστούς αλγόριθμους και φαινόταν να δουλεύουν

Αλλά, όπως και πριν από πέντε χρόνια, όταν αποθηκεύτηκαν για πρώτη φορά δεδομένα στο DNA, λέει ο Κοσούρι, εξακολουθεί να είναι υπερβολικά δαπανηρή. "Οι δαπάνες είναι πιθανώς με τάξη εκατομμυρίων φορές πολύ ακριβό για να είναι ανταγωνιστικές για οτιδήποτε λέει ο Κοσούρι.

Στη μελέτη, οι ερευνητές δαπάνησαν σχεδόν 10.000 δολάρια για να κωδικοποιήσουν μόλις δύο megabytes. Αυτή είναι η αποθήκευση δεδομένων μιας παλιάς δισκέτας 3, 5 ιντσών για το κόστος περίπου 10 Macbook Airs.

Παρόλο που η νέα μέθοδος θα μπορούσε να μειώσει κάποιο κόστος σύνθεσης επιτρέποντάς μας να χρησιμοποιήσουμε πραγματικά κακό DNA, λέει ο Kosuri, το κόστος θα εξακολουθούσε να είναι σαθρότατα ανέφικτο.

Όσον αφορά το κόστος, η Grass λέει ότι το κόστος της σύνθεσης DNA είναι ένα μεγαλύτερο μειονέκτημα από το κόστος της αλληλουχίας. "Το κόστος της ανάλυσης αλληλουχίας εξακολουθεί να είναι πολύ υψηλό για εφαρμογή, αλλά συνεχίζει να καταρρέει, με πράγματα όπως το nanopore που μπορείτε να συνδέσετε στον υπολογιστή σας και ακολουθώντας το DNA λέει η Grass." Το κόστος της σύνθεσης επιστρέφει πίσω.

Και θα πρέπει να έχουμε πρόσθετα μέτρα για τη σταθεροποίηση του DNA, σύμφωνα με το Grass, εάν θέλουμε να αποθηκεύουμε πληροφορίες στο DNA για εκατοντάδες χρόνια. Σε αντίθεση με το γενετικό υλικό που είναι κλειδωμένο στα οστά και τα απολιθώματα, εξηγεί η Grass, το ελεύθερο DNA δεν είναι σταθερό. Εάν το βάλετε μόνο στο εργαστήριο, θα διαρκέσει μόνο ένα χρόνο πριν αρχίσουν να χάνουν τις πληροφορίες.

Παρά το κόστος, η πυκνότητα και η σκοπιμότητα εξακολουθούν να καθιστούν την αποθήκευση DNA πιο ελκυστική από άλλες νέες τεχνολογίες με παρόμοια χαρακτηριστικά. "Η πυκνότητα της αποθήκευσης πληροφοριών εδώ είναι ισοδύναμη με πράγματα όπως η τοποθέτηση μεμονωμένων ατόμων σε μια επιφάνεια Kosuri λέει, αναφερόμενος στη μελέτη του 1989 όπου η IBM ήταν γραμμένη με 35 άτομα Xenon.

"Μπορείτε να κάνετε τέτοια πράγματα, αλλά γίνεται σχεδόν απόλυτα μηδέν, γίνεται στο κενό και με [εξαιρετική] απεικόνιση λέει ο Kosuri." Αυτή είναι η ανταγωνιστική τεχνολογία. [Η αποθήκευση DNA] είναι πολύ πιο πρακτική από αυτή, αλλά είναι πολύ λιγότερο πρακτικό από άλλα πράγματα που είμαστε [κανονικά] να σκεφτόμαστε "σαν δισκέτα ή μνήμη.

Το DNA σας επιτρέπει επίσης να αποθηκεύετε σε 3D. Η ολόγραμμα και η μνήμη του αγώνα δρόμου είναι άλλες μέθοδοι για αυτό. Αλλά το DNA εξακολουθεί να είναι "πλήθος υψηλότερης πυκνότητας σύμφωνα με το Κοσούρι.

Έτσι, μετά από αυτό το άρθρο στο Science Kosuri λέει, το μόνο πράγμα που εμποδίζει την αποθήκευση του DNA από την εργασία σε κλίμακα είναι το κόστος του. "Υπήρχαν όλες οι άλλες ερωτήσεις σχετικά με τους κώδικες, θα λειτουργούσαν, θα τους έκανες αξιόπιστες, όλα αυτά τα ερωτήματα απαντούν σε αυτό το έγγραφο. Το μόνο ερώτημα που μένει στο μυαλό μου είναι το ζήτημα του κόστους".

Ο ίδιος δεν μελετά τον εαυτό του για αποθήκευση DNA, ο Κοσούρι παραμένει αισιόδοξος για την εξέλιξη της τεχνικής στο μέλλον. "Ένα εκατομμύριο φορές ακούγεται σαν πολλά, αλλά τα τελευταία 15 χρόνια έχουμε ήδη ένα εκατομμύριο φορές [μείωση] στο κόστος. Όχι μόνο η αλληλούχιση, το κομμάτι της σύνθεσης έχει πέσει αρκετά ", λέει ο Κοσούρι.

Το όραμα του Erlich είναι ότι στο μέλλον μπορεί να δημιουργηθεί "μια διαδικασία αφιερωμένη στην αποθήκευση DNA που μπορούμε να πάρουμε γρήγορη και βρώμικη σύνθεση DNA" για να μειώσουμε περαιτέρω το κόστος.

"Μπορούμε να φάμε αυτά τα μισά-ψημένα κέικ και να φτάσουμε στα δεδομένα σωστά, ακολουθώντας τη στρατηγική κωδικοποίησης", λέει ο Erlich. «Αυτό ελπίζουμε να πειραματιστούμε στο μέλλον».

Η τρέχουσα μελέτη ήταν μια καλή αρχή. Οι ερευνητές που αποθηκεύτηκαν και ανακτήθηκαν ήταν ευαίσθητοι σε σφάλματα: ένα λειτουργικό σύστημα, έναν ιό υπολογιστή, μια κάρτα δώρου 50 δολάρια Amazon, μια γαλλική ταινία 1895 ("Άφιξη τρένου στο La Ciotat"), μια πλάκα Pioneer και μια μελέτη του 1948 από τον θεωρητικό της πληροφορίας Claude Shannon.

"Θα έλεγαν οι άνθρωποι, πώς θα μπορούσατε να βάλετε ένα βίντεο στο DNA;" λέει ο Erlich. "Έπρεπε να το εξηγήσω στον έξι χρονών γιο μου".

«Είναι αυτό που θέλουμε να κάνουμε, σωστά; θέλουμε να εμπλέξουμε το ευρύ κοινό με τη διασκέδαση της επιστήμης».

Μπορεί η έρευνα αστροβιολογίας να μας πείσει να καταπολεμήσουμε την αλλαγή του κλίματος;

Μπορεί η έρευνα αστροβιολογίας να μας πείσει να καταπολεμήσουμε την αλλαγή του κλίματος;

Δώρα που βελτιώνονται καθώς μεγαλώνουν

Δώρα που βελτιώνονται καθώς μεγαλώνουν

Το βάρος σας επηρεάζει πόσο καιρό ζείτε - αλλά είναι εξαιρετικά περίπλοκο

Το βάρος σας επηρεάζει πόσο καιρό ζείτε - αλλά είναι εξαιρετικά περίπλοκο