Бъдещето за съхраняването на информацията: учени са удвоили капацитета на паметта в ДНК

Дезоксирибонуклеиновата киселина (ДНК) представлява природната система за съхранение на информация. И, подобно на други творения на природата, по отношение на ефективността тази система превъзхожда всичко, което човек се е опитал да създаде. Но американски химици са направили много сериозна крачка в тази посока, като към естествените нуклеотиди са синтезирали допълнително още седем, което позволява съхраняването на повече информация в единица обем, а също така са разработили нова универсална система за „четене“ на тази информация. Резултатите от тяхното изследване са публикувани в изданието Nano Letters.

ДНК се състои от комбинации от четири азотни бази (нуклеотиди): аденин, гуанин, цитозин и тимин. Обозначени с A, G, C и T, тези бази са групирани в определени последователности, създавайки „чертежи“ за всеки жив организъм.

Тази система за съхранение на информация има невероятна плътност според съвременните стандарти: един грам ДНК може да съхранява с себе си до 215 петабайта (215 милиона гигабайта) данни. Оказва се, че цялото съдържание на интернет може да се побере в кутия за обувки, ако е напълним догоре с нишки от ДНК.

Наскоро учени са демонстрирали начин да направят това хранилище още по-плътно.

Изследователи от Университета на Илинойс в Ърбана-Шампейн са удвоили и без това невероятния капацитет на паметта на ДНК, като са добавили допълнителни букви към нейната „азбука“. Освен това те са разработили нов начин да „четат“ новата система. По този начин системата изглежда още по-привлекателно потенциално решение за съхраняване на огромните количества данни, които съвременното общество произвежда ежедневно.

Заедно с естествените A, G, C и T, екипът е добавил седем допълнителни „букви“ към ДНК. Те представляват химически модифицирани нуклеотиди. Този подход е позволил създаването на по-разнообразни комбинации от “букви”. Това от своя страна е направило възможно съхраняването на повече информация в един и същ обем физическо пространство.

“Представете си английската азбука”, обяснява Сейедкасра Табатабаи, съавтор на изследването, работещ в Института за напреднали науки и технологии Бекман. “Ако имахте само четири букви, бихте могли да създадете определен брой думи. Ако имате пълна азбука, вие ще можете да създадете неограничен брой комбинации от думи. Същото е и с ДНК. Вместо да преобразуваме нули и единици в A, G, C и T, можем да преобразуваме нули и единици в A, G, C, T и седем нови букви в азбуката на хранилището на данни”.

Разбира се, добавянето на допълнителни нуклеотиди е означавало, че съществуващите системи за обратно четене не ги разпознават и затова изследователският екип е разработил нова система за четене.

За да се „прочете“ веригата от ДНК, тя се прекарвала през нанопори в специално проектиран протеин, който може да открие отделните единици, независимо от това дали са с естествен или синтетичен произход. След това алгоритмите за машинно обучение декодирали информацията, прочетена по този начин.

Учените са изпробвали 77 различни комбинации от единадесет нуклеотида. Разработената система за четене успяла да идентифицира правилно всяка от тях. В същото време структурата за дълбоко обучение, използвана от разработчиците като част от метода за идентифициране на различните нуклеотиди, се явява и универсална. Това ще позволи в бъдеще новият подход да се използва в много други приложения.

Има и още един плюс. Новият метод увеличава не само плътността, но и скоростта на запис на данните. Този процес в случая с ДНК протича доста бавно. Новата система намалява на половина времето, необходимо за записване на информация в нишките на ДНК.

Трябва да се има предвид, че системи за съхранение на данни в ДНК се разработват от доста дълго време, но учените все още не са успели да получат система, която да се конкурира с естествено съществуващите. Новото изследване обаче приближи човечеството с още една стъпка по-близо до получаването на жизнеспособна система за съхранение на данни, базирана на ДНК. Въпреки това авторите признават, че им предстои много работа до създаването на функционална система за съхраняване на данни на базата на ДНК.

Преди време писахме за друг уникален метод за съхраняване на информация, а именно чрез усъвършенствана технология за лазерно записване могат да се записват и съхраняват огромни количества данни… на стъкло.