• USD 39.2
  • EUR 42.4
  • GBP 49.6
Спецпроекты

Зачем Microsoft меняет гены

Ученые приближают эру молекулярных носителей информации, способных хранить данные на протяжении тысяч лет
Реклама на dsnews.ua

Количество информации, которую производит и которой пользуется человечество, растет с угрожающей скоростью, но технологии для ее сохранения не успевают за этим процессом. По прогнозам, к 2020 году размер цифровых данных достигнет порядка 44 триллионов гигабайт, что в десять раз превышает общее количество цифровой информации, созданной к 2013 году. 

Использование жестких дисков требует постоянного расхода энергии, а электронные, магнитные и оптические носители со временем приходят в негодность, что приводит к потере данных. Поэтому ученые ищут альтернативные методы хранения информации, которые, с одной стороны,  могли бы обеспечить долгосрочную сохранность данных, а с другой - не требовали бы значительных расходов. Этим критериям идеально соответствует метод кодирования информации в виде последовательности молекул ДНК. Прежде всего, структура ДНК может оставаться неизменной в течение тысяч лет, тогда как наилучшие жесткие или SSD диски, CD, DVD выходят из строя уже в течение 50-100 лет. Во-вторых, молекулы ДНК обладают огромной информационной емкостью: в одном кубическом миллиметре ДНК можно записать около миллиарда гигабайт информации. То есть, в одном грамме ДНК легко поместится информация с 31 миллиона планшетов с картами памяти в 32 гигабайта. А значит, в ДНК-хранилище можно записать все документы человечества. 

Молекулы ДНК уже достаточно давно рассматривают в качестве носителей информации будущего, но до недавнего времени технология развивалась довольно медленно. Главной проблемой на пути создания ДНК диска является высокий уровень потенциальных ошибок, которые могут возникнуть со временем из-за разрушения молекул. Способ надежного хранения информации на ДНК предложили исследователи из Швейцарского федерального технологического института в Цюрихе: они нашли способ предотвращения химической деградации молекул ДНК.

Для этого ученые поместили образцы генетического материала в полости сфер из кварцевого стекла и подвергли их в течение двух недель температурным перепадам, имитируя процессы химической деградации, эквивалентные сотням лет хранения генетического материала в нормальных условиях. В итоге выяснилось, что капсулы из кварца способны обеспечить сохранение ДНК в их исходном варианте, а соответственно, сохраняется в изначальном виде закодированная в них информация.

Швейцарским ученым удалось решить и еще одну серьезную проблему, связанную с кодированием информации в ДНК. Дело в том, что любое существующее на сегодня оборудование секвенсирования (чтения) ДНК не обеспечивает абсолютно точных результатов. Исследователи решили использовать вместо кода Хэмминга, применяющегося в гибких, жестких и оптических дисках, самокорректирующийся код Рида-Соломона, который гарантирует гораздо лучшую коррекцию ошибок. После того как технологию усовершенствовали, она позволила эффективно восстанавливать точные данные.

Инновации швейцарцев вдохновили ученых всего мира на серьезное изучение ДНК в качестве носителя информации. В частности, на днях компания Microsoft объявила о новом этапе экспериментов с ДНК, предполагающих использование синтетических молекул длиной 10 миллионов пар оснований. Сначала ученые перевели составляющие бинарного кода, нули и единицы, в комбинации нуклеотидов - аденин, гуанин, уитозин и тимин, с помощью которых записывают информацию на ДНК. После этого синтезировали  искусственную ДНК, содержащую введенные данные. В молекулу также ввели специальные маркеры, чтобы определить начало и конец файла при раскодировке. В итоге удалось закодировать и раскодировать четыре изображения и, что принципиально важно, записанные данные удалось восстановить без потери качества. Таким образом, специалисты создали управляемый способ хранения данных.

Реклама на dsnews.ua

Эксперты Microsoft работали  над созданием ДНК диска совместно с учеными из Вашингтонского университета и специалистами биотехнологической компании Twist Bioscience - производителя синтетических ДНК. Исследовательская группа включила IT-инженеров, физиков, химиков, биологов и генетиков. Microsoft работает над созданием носителя информации нового поколения уже несколько лет, причем весьма успешно. В прошлом году ученые из исследовательского подразделения компании закодировали со стопроцентной точностью данные в структуре синтетической ДНК, а затем сумели прочитать записанную информацию. Сейчас специалисты Microsoft работают над усовершенствованием технологии.

Записывать информацию на ДНК пытаются во многих лабораториях мира. Недавно ученые Университетского медицинского центра Марибор в Словении сохранили информацию в виде двоичного кода в ДНК табачного растения. Участок синтетической ДНК с цифровым кодом собрали по буквам, а потом с помощью бактерий внедрили в родную ДНК табака. Новые растения, которые выросли из семян, содержали в каждой клетке модифицированную ДНК.
Для того чтобы получить информацию, ученые извлекали ДНК из растений и прочитали ее с помощью существующих методов секвенирования ДНК. Авторы разработки говорят, что в будущем парки могут стать живыми библиотеками, где все растения и листья хранят информацию. Если способ записи информации на ДНК доведут до совершенства, цифровые данные можно будет хранить на протяжении нескольких тысяч лет.

    Реклама на dsnews.ua