Будущее хранения данных — двойная спираль
Представьте «Сюиту для виолончели №1» Баха, записанную на нити ДНК.
Это не фантастика. ДНК, хотя и не выдержит смычка, является мощнейшим носителем для хранения аудиофайлов и любых других данных.
«ДНК — это изначальная система хранения данных в природе. Мы можем использовать её для хранения любых данных: изображений, видео, музыки — чего угодно», — говорит Касра Табатабаи, соавтор исследования из Института передовой науки и технологий Бекмана.
Междисциплинарная команда учёных расширила молекулярный состав ДНК и разработала новый точный метод секвенирования, превратив двойную спираль в надёжную и устойчивую платформу для хранения данных. Исследование опубликовано в Nano Letters в феврале 2022 года.
В эпоху цифровой информации потребность в безопасном и долговечном «сейфе» для данных огромна. ДНК идеально подходит для архивного хранения благодаря своей невероятной долговечности и плотности записи.
«Каждый день в интернете генерируются петабайты данных. Для их хранения достаточно всего одного грамма ДНК. Вот насколько плотна ДНК как носитель», — отмечает Табатабаи.
Кроме того, ДНК — возобновляемый ресурс, в отличие от кремниевых микросхем, которые становятся электронными отходами через несколько десятилетий.
Ключевое нововведение: расширенный алфавит
В природе ДНК состоит из четырёх «букв»-нуклеотидов: A, G, C, T. Команда добавила к ним семь синтетических нуклеотидов, значительно увеличив информационную ёмкость молекулы.
«Представьте алфавит. Имея только четыре буквы, вы создадите ограниченное число слов. А с полным алфавитом комбинации безграничны. Так же и с ДНК. Вместо преобразования нулей и единиц в A, G, C, T мы можем преобразовывать их в A, G, C, T и семь новых букв», — объясняет Табатабаи.
Решение проблемы считывания
Поскольку технология не умела считывать химически модифицированные цепочки ДНК, учёные создали новый метод обработки данных секвенирования с использованием машинного обучения и искусственного интеллекта.
Их решение, основанное на использовании нанопор (белков, через которые проходит нить ДНК), способно отличать модифицированные химические вещества от природных и различать семь новых молекул между собой.
«Мы протестировали 77 различных комбинаций из 11 нуклеотидов, и наш метод смог идеально различить каждую из них», — сообщает соавтор Чао Пан.
Это исследование представляет собой принципиальную демонстрацию возможности хранения данных на не природных химических структурах, что может радикально увеличить плотность хранения информации. Будущее архивов может быть записано в двойной спирали.