Sejak beberapa tahun kebelakangan ini, para saintis telah mendekodkan genom mammoth dan kuda berusia 700,000 tahun menggunakan serpihan DNA yang diekstrak dari fosil. DNA pasti bertahan lebih lama daripada organisma yang mengandungi kod genetik. Para saintis dan jurutera komputer telah lama mengimpikan untuk memanfaatkan kecekalan dan ketahanan DNA untuk menyimpan data digital. Mereka ingin menyandikan semua angka nol dan satu ke dalam molekul A, C, G, dan T, yang membentuk tangga spiral polimer DNA - dan kemajuan dekad ini dalam sintesis dan penjujukan DNA telah menyebabkan kejayaan besar. Eksperimen baru-baru ini menunjukkan bahawa suatu hari kita akan dapat mengekod semua maklumat digital dunia dalam beberapa liter DNA - dan membacanya lagi ribuan tahun kemudian.
Minat dari Microsoft dan syarikat teknologi lain meningkatkan ketegangan di bidang ini. Bulan lalu, Microsoft Research mengatakan ia akan membayar Twist Bioscience untuk memulakan biologi sintetik untuk membuat 10 juta helai DNA yang dirancang oleh saintis komputer Microsoft untuk menyimpan data. Pembuat memori terkemuka Micron Technology juga membiayai penyelidikan penyimpanan DNA untuk menentukan apakah sistem asid nukleik dapat mendorong had memori elektronik. Kemasukan wang dan minat ini secara beransur-ansur dapat mengurangkan kos yang terlalu tinggi dan memungkinkan menyimpan data dalam DNA dalam masa sepuluh tahun, kata para penyelidik.
Manusia akan menghasilkan lebih dari 16 trilion gigabait data digital menjelang 2017, dan kebanyakannya perlu diarkibkan. Data undang-undang, kewangan dan perubatan, serta, tentu saja, fail multimedia. Hari ini, data disimpan pada cakera keras, cakera optik di pusat data berintensifkan tenaga dengan ukuran gudang. Paling baik, data ini disimpan selama tiga puluh tahun, paling teruk - beberapa. Sebagai tambahan, menurut arkitek komputer Microsoft Research, Karin Strauss, "Kami menghasilkan lebih banyak data daripada yang dapat dilakukan oleh industri penyimpanan, dan unjuran menunjukkan bahawa jurang akan semakin luas."
Sekarang mari kita tambahkan DNA untuk semua ini. Ia hidup selama berabad-abad jika disimpan di tempat yang sejuk dan kering. Secara teori, ia dapat memasukkan berbilion gigabait data ke dalam kiub gula. Tape, medium penyimpanan paling padat yang ada sekarang, boleh memuat 10 gigabait dalam jumlah ruang yang sama. "DNA adalah media penyimpanan yang sangat padat, tahan lama dan tidak mudah menguap," kata Olgica Milenkovic, profesor kejuruteraan elektrik dan komputer di University of Illinois di Urbana-Champaign.
Ini kerana masing-masing dari empat molekul bangunan - adenin (A), sitosin ©, guanine (G) dan timin (T) - menempati isipadu nanometer padu. Menggunakan sistem pengekodan - katakanlah, di mana A mewakili bit "00", C mewakili "01," dan seterusnya - saintis dapat mengambil baris satu dan angka nol yang membentuk fail data digital dan membuat helai DNA yang mengandungi gambar atau video. Sudah tentu, teknik pengekodan yang sebenarnya jauh lebih rumit daripada yang kami tulis untuk anda di sini. Sintesis untaian DNA pereka adalah proses menulis data. Para saintis kemudian dapat membacanya dengan menguraikan rantai.
Ahli genetik Harvard George Church mengasaskan bidang penyelidikan ini pada tahun 2012 dengan menyandikan 70 bilion salinan buku - satu juta gigabit - dalam satu milimeter DNA padu. Setahun kemudian, saintis dari Institut Bioinformatik Eropah menunjukkan bahawa mereka dapat membaca, tanpa satu kesalahan, 739 kilobytes data yang disertakan dalam DNA.
Tahun lalu, beberapa pasukan saintis menunjukkan sistem berfungsi sepenuhnya. Pada bulan Ogos, saintis di ETH Zurich merangkum DNA sintetik dalam gelas, dikenakan syarat-syarat yang mensimulasikan masa berlakunya 2,000 tahun, dan memulihkan sepenuhnya data yang dikodkan. Secara selari, Milenkovic dan rakan-rakannya melaporkan bahawa enam universiti di Amerika telah menyimpan halaman Wikipedia dalam DNA dan - dengan memberikan urutan dengan "alamat" khas - membaca dan mengedit bahagian teks yang terpilih. Akses secara rawak ke data sangat penting untuk mengelakkan "mengurutkan keseluruhan buku untuk membaca hanya satu perenggan," kata Milenkovich.
Pada bulan April, Strauss dan saintis Jord Seelig dan Luis Tsese dari University of Washington melaporkan bahawa mereka dapat merakam tiga fail gambar, masing-masing beberapa puluhan kilobyte, dalam 40,000 helai DNA menggunakan skema pengekodan mereka sendiri, dan kemudian membacanya secara individu, bukan melakukan kesilapan. Mereka membentangkan karya mereka pada bulan April di sebuah persidangan Persatuan Pengkomputeran Elektronik. Dengan 10 juta rentetan yang dibeli oleh Microsoft dari Twist Bioscience, saintis merancang untuk membuktikan bahawa data DNA dapat disimpan pada skala yang jauh lebih besar. "Tujuan kami adalah untuk menunjukkan sistem akhir di mana kami menyandikan fail DNA, mensintesis molekul, menyimpannya untuk waktu yang lama, dan kemudian memulihkannya dengan mengurutkan DNA," kata Strauss. "Kami bermula dengan rentak dan kembali ke rentak."
Video promosi:
Pengilang memori Micron sedang mengkaji DNA sebagai teknologi pasca-silikon. Syarikat ini membiayai kerja para saintis Gereja dan University of Idaho untuk membuat sistem penyimpanan bebas ralat dalam DNA. "Peningkatan kos penyimpanan akan mendorong penyelesaian alternatif, dan penyimpanan DNA adalah salah satu penyelesaian yang paling menjanjikan," kata Gurtei Sandu, pengarah pengembangan teknologi canggih di Micron.
Para saintis masih mencari cara untuk mengurangkan jumlah kesalahan dalam pengekodan dan penyahkodan data. Tetapi sebahagian besar teknologi sudah ada. Oleh itu, apa yang menghalang kita untuk berpindah dari gudang data bersaiz kotak kasut ke kapsul DNA DNA? Kos. "Proses rakaman sejuta kali lebih mahal," kata Seelig.
Inilah sebabnya: Membuat DNA melibatkan merangkai molekul nanosized satu persatu dengan ketepatan tinggi - ini bukan tugas yang mudah. Dan walaupun kos penjujukan turun kerana permintaan perkhidmatan ini yang berkembang pesat, sintesis DNA tidak mempunyai pemacu yang serupa di pasaran. Milenkovic membayar kira-kira $ 150 untuk membuat serangkaian 1,000 nukleotida yang disintesis. Urutan sejuta nukleotida berharga kira-kira satu sen.
Minat untuk penyimpanan data dari Microsoft dan Micron mungkin hanya momentum yang diperlukan untuk mula mengurangkan kos, kata Seelig. Kejuruteraan pintar dan teknologi baru seperti mikrofluidik dan penjujukan DNA nanopore yang membantu mengurangkan dan mempercepat proses juga akan membantu kemajuan. Kini mengambil masa berjam-jam untuk menyusun beberapa ratus pasangan asas - dan hari untuk mensintesisnya - menggunakan sekumpulan peralatan. Saya harap saya dapat melakukan semuanya dalam kotak kecil, jika tidak, kelebihan kepadatan simpanan akan hilang.
Sekiranya semuanya berjalan lancar, Strauss membayangkan syarikat menawarkan perkhidmatan pemeliharaan DNA arkib untuk dekad berikutnya. "Anda boleh membuka penyemak imbas dan memuat naik fail ke laman web mereka atau mengembalikan bait anda seperti yang anda lakukan dengan awan," katanya. Atau anda boleh membeli cakera DNA dan bukannya cakera keras.
ILYA KHEL
