Навіщо Microsoft змінює гени
Кількість інформації, яку виробляє і якою користується людство, зростає із загрозливою швидкістю, але технології для її збереження не встигають за цим процесом. За прогнозами, до 2020 року розмір цифрових даних досягне близько 44 трильйонів гігабайт, що в десять разів перевищує кількість цифрової інформації, створеної до 2013 року.
Використання жорстких дисків вимагає постійного витрати енергії, а електронні, магнітні та оптичні носії з часом приходять в непридатність, що призводить до втрати даних. Тому вчені шукають альтернативні методи зберігання інформації, які, з одного боку, могли б забезпечити довгострокову схоронність даних, а з іншого - не вимагали би значних витрат. Цим критеріям ідеально відповідає метод кодування інформації у вигляді послідовності молекул ДНК. Перш за все, структура ДНК може залишатися незмінною протягом тисяч років, тоді як найкращі жорсткі або SSD диски, CD, DVD виходять з ладу вже протягом 50-100 років. По-друге, молекули ДНК володіють величезною інформаційною ємністю: в одному кубічному міліметрі ДНК можна записати близько мільярда гігабайт інформації. Тобто, в одному грамі ДНК легко поміститься інформація з 31 мільйона планшетів з картами пам'яті в 32 гігабайти. А значить, у ДНК-сховище можна записати всі документи людства.
Молекули ДНК вже досить давно розглядають в якості носіїв інформації майбутнього, але до недавнього часу технологія розвивалася досить повільно. Головною проблемою на шляху створення ДНК диска є високий рівень потенційних помилок, які можуть виникнути з часом із-за руйнування молекул. Спосіб надійного зберігання інформації на ДНК запропонували дослідники з Швейцарського федерального технологічного інституту в Цюріху: вони знайшли спосіб запобігання хімічної деградації молекул ДНК.
Для цього вчені помістили зразки генетичного матеріалу в порожнині сфер з кварцового скла і піддали їх протягом двох тижнів температурних перепадів, імітуючи процеси хімічної деградації, еквівалентні сотням років зберігання генетичного матеріалу в нормальних умовах. У результаті з'ясувалося, що капсули з кварцу здатні забезпечити збереження ДНК у вихідному варіанті, а відповідно, зберігається в початковому вигляді закодована в них інформація.
Швейцарським вченим вдалося вирішити і ще одну серйозну проблему, пов'язану з кодуванням інформації в ДНК. Справа в тому, що будь-яке існуюче на сьогодні обладнання синтезування (читання) ДНК не забезпечує абсолютно точних результатів. Дослідники вирішили використовувати замість коду Хеммінга, що застосовується в гнучких, жорстких і оптичних дисках, самокорректирующийся код Ріда-Соломона, який гарантує набагато кращу корекцію помилок. Після того як технологію вдосконалили, вона дозволила ефективно відновлювати точні дані.
Інновації швейцарців надихнули вчених всього світу на серйозне вивчення ДНК як носія інформації. Зокрема, днями компанія Microsoft оголосила про новий етап експериментів з ДНК, що передбачають використання синтетичних молекул довжиною 10 мільйонів пар основ. Спочатку вчені перевели складові бінарного коду, нулі і одиниці, в комбінації нуклеотидів - аденін, гуанін, уитозин і тимін, за допомогою яких записують інформацію на ДНК. Після цього синтезували штучну ДНК, що містить введені дані. В молекулу також ввели спеціальні маркери, щоб визначити початок і кінець файлу при раскодировке. В результаті вдалося закодувати і розкодувати чотири зображення і, що принципово важливо, записані дані вдалося відновити без втрати якості. Таким чином, фахівці створили керований спосіб зберігання даних.
Експерти Microsoft працювали над створенням ДНК диска спільно з ученими з Вашингтонського університету і фахівцями біотехнологічної компанії Twist Bioscience - виробника синтетичних ДНК. Дослідницька група включила IT-інженерів, фізиків, хіміків, біологів і генетиків. Microsoft працює над створенням носія інформації нового покоління вже кілька років, причому досить успішно. У минулому році вчені з дослідницького підрозділу компанії закодували зі стовідсотковою точністю дані в структурі синтетичної ДНК, а потім зуміли прочитати записану інформацію. Зараз фахівці Microsoft працюють над удосконаленням технології.
Записувати інформацію на ДНК намагаються в багатьох лабораторіях світу. Нещодавно вчені Університетського медичного центру Марібор у Словенії зберегли інформацію у вигляді двійкового коду у ДНК тютюнового рослини. Ділянка синтетичної ДНК з цифровим кодом зібрали по буквах, а потім за допомогою бактерій впровадили в рідну ДНК тютюну. Нові рослини, які виросли з насіння, містили в кожній клітині модифіковану ДНК.
Для того щоб отримати інформацію, вчені витягували ДНК з рослин і прочитали її за допомогою існуючих методів секвенування ДНК. Автори розробки кажуть, що в майбутньому парки можуть стати живими бібліотеками, де всі рослини і листя зберігають інформацію. Якщо спосіб запису інформації на ДНК доведуть до досконалості, цифрові дані можна буде зберігати протягом декількох тисяч років.
