До недавнего времени хранение информации в ДНК рассматривалось исключительно как метод долгосрочного архивирования. Основная сложность заключалась в том, что после записи последовательности нуклеотидов — А, Ц, Г и Т — данные становились статичными, и их нельзя было изменить, не разрушая носитель.
Жесткий диск на основе ДНК может решить проблему дефицита места для хранения данных
Исследователи из Университета Миссури разработали технологию превращения синтетической ДНК в перезаписываемый цифровой носитель. Ученые создали систему, которая позволяет не только компактно хранить данные, но и многократно стирать и обновлять их на молекулярном уровне.
Бумажные документы, фотографии, журналы и цифровые носители переплетаются, образуя цепь ДНК. Abbie Lankitus
Плотность упаковки. Если удастся реализовать технологию, то все данные мира на сегодняшний день можно будет упаковать в объеме обувной коробки для кроссовок. В отличие от плоского компьютерного чипа, молекула ДНК хранит данные в трехмерном пространстве. Информация кодируется путем замены нулей и единиц на последовательности четырех химических оснований. Это позволяет достичь плотности, недоступной ни одному современному магнитному или оптическому диску, при этом срок службы ДНК в сухих и прохладных условиях составляет тысячи лет.
Специалисты из Колледжа инженерии Миссури предложили метод, который преобразует биологическую молекулу в аналог современного жесткого диска. Это открывает путь к созданию хранилищ, обладающих невероятной плотностью записи и долговечностью, измеряемой тысячелетиями, при минимальных затратах энергии по сравнению с традиционными дата-центрами. Работа опубликована в журнале PNAS Nexus.
«ДНК невероятна — она хранит чертежи жизни в крошечной стабильной упаковке. Мы хотели проверить, сможем ли мы хранить и перезаписывать информацию на молекулярном уровне быстрее, проще и эффективнее, чем когда-либо прежде», — пояснил профессор Ли-Цюнь «Эндрю» Гу. Благодаря новой технологии, данные, закодированные в виде химических букв, теперь поддаются оперативной корректировке, что делает систему пригодной для повседневного использования, а не только для «замораживания» истории на века.
Нанопоры и безопасность
Система ДНК-памяти, использующая кодирование с сдвигом рамки считывания и декодирование с помощью нанопор.
Процесс считывания информации в новой системе реализован через использование компактного электронного устройства с нанопоровым сенсором. Когда нить ДНК проходит через этот сенсор, возникают тонкие электрические изменения. Специальное программное обеспечение интерпретирует эти сигналы, переводя их обратно в двоичный код — нули и единицы исходного цифрового файла. В перспективе разработчики планируют уменьшить это считывающее устройство до размеров обычного USB-накопителя, что сделает технологию доступной для широкого применения.
Помимо плотности записи, ключевым преимуществом ДНК-драйва является беспрецедентный уровень кибербезопасности. Поскольку информация хранится в физических молекулах, а не в постоянно подключенной к сети электронной системе, она остается недосягаемой для хакеров. Такая структура напоминает сверхнадежный сейф для цифровой жизни, где персональные архивы, научные данные и корпоративные документы защищены самой физической формой носителя. Работа ученых из Миссури приближает момент, когда энергоемкие кремниевые технологии уступят место экологичным и практически вечным биологическим решениям.