Молекули ДНК можуть використовуватися для надійного зберігання цифрових даних, вироблених усім людством
Постійно зростаючий обсяг цифрових даних, які виробляє та якими користується зараз людство, стає однією з великих проблем, рішення яких не варто відкладати в довгий ящик. Використання жорстких дисків вимагає постійного витрати енергії, а електронні, магнітні та оптичні носії інформації мають тенденцію з часом приходити в непридатність. Тому вчені постійно знаходяться в пошуку альтернативних методів зберігання інформації, які забезпечать довгострокову схоронність даних при невеликій вартості та експлуатаційних витратах. Одним із таких альтернативних методів зберігання інформації вчені визнають метод кодування інформації у вигляді послідовності молекул ДНК, який, завдяки сучасному рівню розвитку технологій, можна починати застосовувати на практиці вже найближчим часом.
Згідно з розрахунками, проведеними вченими з Європейського інституту біоінформатики (European Bioinformatics Institute, EBI), в молекулах синтетичної ДНК, розміщених в обсязі звичайного склянки, можна закодувати 100 мільйонів годин високоякісного відео. При цьому, для зберігання інформації не вимагається витрати енергії, а за умови підтримання певних умов навколишнього середовища інформація може надійно зберігатися протягом десятків тисяч років.
"Ми впевнені в тому, що ДНК є досить надійним способом зберігання інформації завдяки тому, що зараз ми вже в змозі отримати, обробити і використовувати інформацію, укладену в ДНК, взятої з останків доісторичних тварин" - розповідає Нік Гольдман (Nick Goldman), вчений з Європейської лабораторії молекулярної біології (European Molecular Biology Laboratory), який очолював дослідження - "А завдяки рівню розвитку сучасних генетичних технологій ніщо не заважає синтезувати скільки завгодно довгі молекули ДНК з певною послідовністю підстав, в якій буде закодована необхідна нам інформація".
Нік Гольдман і Іван Бирни (Ewan Birney) в статті, опублікованій в журналі "Nature", окреслюють проблеми, які виникають при використанні ДНК у якості системи зберігання інформації: "Генетичні методи дозволяють виробляти у великих кількостях лише короткі ланцюжки ДНК, що складаються з певних послідовностей підстав. При складанні довгих молекул ДНК з коротких ланцюжків і при зчитуванні з них інформації можуть виникати помилки, тому нам довелося розробити спеціальний метод кодування та індексації інформації, що дозволяє відкоригувати виникли помилки" - пише у статті Іван Бирни, - "При використанні нашого методу кожна одиниця інформації кодується чотирма однаковими короткими фрагментами і для виникнення помилки потрібно, щоб в цих послідовностях на одному і тому ж місці виникла однакова помилка, що дуже і дуже малоймовірно".
Гольдман і Бирни звернулися до фахівців каліфорнійської біотехнологічної компанії Agilent Technologies, що спеціалізується на синтезі молекул ДНК з наперед заданою послідовністю. Вони передали розроблений ними метод кодування інформації і кілька різних файлів, серед яких були файли, що містять відео, аудіо, зображення та текстову інформацію. Використовуючи метод кодування, фахівці компанії Agilent Technologies синтезували довгі нитки ДНК.
Ці нитки ДНК були передані назад в інститут EBI, де їх послідовності були прочитані і декодованими абсолютно без помилок. "Якщо ви знаєте принцип кодування, і у вас є пристрій для зчитування послідовності ДНК, ви зможете прочитати збережену інформацію в будь-який зручний для вас момент часу" - розповідає Гольдман.
В даний час дослідники займаються удосконаленням алгоритму кодування інформації, після чого він стане основою життєздатної з практичної точки зору системи генетичного зберігання інформації, роботи по створенню дослідного зразка якої вже ведуться в даний час.