Біологічні методи запису і передачі інформації вельми неквапливі. У природи попереду мільярди років еволюції і поспіх протипоказана, адже інформацію без критичних пошкоджень необхідно пронести через безодню часу. Днк виявилася саме таким інструментом для зберігання і перенесення даних про біологічні організми. Не дивно, що вчені задумалися про те, як можна використовувати днк для зберігання будь-якої інформації.
Джерело зображення: sean mcneil / bbc
Раніше агентство передових досліджень у сфері розвідки сша (intelligence advanced research projects activity, iarpa) запустило програму mist (молекулярне зберігання інформації). В рамках програми виділився проект smash (scalable molecular archival software and hardware). Контракт за програмою smash був укладений з інститутом технологічних досліджень штату джорджія (gtri). Програма передбачає розробку напівпровідникових платформ (чіпів) для запису і зчитування даних з днк.
За програмою smash разом з вченими з інституту з атланти працюють компанії twist bioscience і roswell biotechnologies, а також вашингтонський університет і компанія microsoft. Як повідомило сьогодні інформагентство bbc, вчені доповіли про великий прогрес у записі і зберіганні даних на днк. За словами розробників, вони змогли намацати можливість в 100 разів підвищити щільність запису на днк в порівнянні з актуальними рішеннями. У перспективі, наприклад, це може дозволити записати всі фільми в історії людства в обсязі одного кубика цукру.
Для запису даних на днк може використовуватися не двійковий код, а кодування з чотирьох базових символів, що різко підвищує щільність запису в порівнянні із записом з використанням двійкового коду. Як відомо, нитка днк містить послідовності з чотирьох основ нуклеїнових кислот: аденіну (a), гуаніну (g), цитозину (c) і тиміну (t). Наприклад, для кодування можна представити підстави наступним чином, де 00 = a, 01 = c, 10 = g, а 11 = t. Закодовані цими кислотами дані записуються в днк і упаковуються для збереження в невеликий контейнер. При низькій температурі днк і записані на неї дані можуть зберігатися тисячоліття майже без пошкодження.
Проблема з записом даних в днк полягає в низькій швидкості синтезу і такий же низькій швидкості секвенування. Крім того-це дорого. На синтез днк із записом 200 мбайт даних у вчених йде до 24 годин. Тому завдання стоїть спростити, прискорити і знизити вартість етапів запису і читання, чому допоможе розміщення днк на чіпах. Вчені з gtri придумали і реалізували один з таких підходів з одним важливим удосконаленням. Вони навчилися синтезувати одиночні нитки днк паралельно в багатьох осередках відразу. І чим більше буде таких осередків, тим швидше буде йти запис і тим вище буде щільність записуваної інформації.
У новому році дослідники планують озброїти чіп для синтезу днк електронною обв’язкою для прискорення процесів і повної їх автоматизації. У перспективі це може дозволити відмовитися від магнітних стрічок для довготривалого зберігання даних. Стрічки доводиться оновлювати кожні 10 років, а дані на днк можуть зберігатися сотні і тисячі років без оновлення.
