«Υπολογιστής» DNA αποθηκεύει απίστευτο όγκο δεδομένων, τα επεξεργάζεται και τα διατηρεί για εκατομμύρια χρόνια

Ένας ολοκληρωμένος υπολογιστής βασισμένος στο DNA βρίσκεται ένα βήμα πιο κοντά στο να γίνει πραγματικότητα, χάρη σε μια νέα τεχνολογία που θα μπορούσε να αποθηκεύσει petabytes δεδομένων στο DNA για χιλιάδες ή ακόμη και εκατομμύρια χρόνια. Το σύστημα μπορεί επίσης να επεξεργάζεται δεδομένα, όπως αποδείχθηκε με την επίλυση ενός παζλ sudoku.

Δεν είναι η πρώτη φορά που ακούμε για αποθήκευση δεδομένων στο DNA, καθώς κάθε κύτταρο στο σώμα του ανθρώπου υπολογίζεται πως μπορεί να χωρέσει περίπου 800MB δεδομένων. Δεν αποτελεί έκπληξη λοιπόν το γεγονός ότι οι επιστήμονες εργάζονται για να αξιοποιήσουν αυτό το απίστευτα αποτελεσματικό φυσικό σύστημα αποθήκευσης δεδομένων.

Παρόλα αυτά, υπάρχουν αρκετά προβλήματα. Το DNA είναι ιδιαίτερα εύθραυστο στην επεξεργασία, μπορεί να είναι δύσκολο να γράψεις αξιόπιστα σε αυτό, να διαβάσεις από αυτό, να μετακινήσεις και να επεξεργαστείς πληροφορίες σε αυτό. Όμως η νέα μελέτη ισχυρίζεται ότι ανέπτυξε ένα νέο σύστημα που μπορεί να λύσει αυτά τα προβλήματα. Το κλειδί είναι ένα μαλακό πολυμερές υλικό που λειτουργεί σαν ικρίωμα για το DNA, το οποίο μπορεί να αφυδατωθεί για μακροχρόνια αποθήκευση και να επανυδατωθεί για ανάκτηση.

«Συγκεκριμένα, δημιουργήσαμε πολυμερείς δομές που αποκαλούμε δενδροκολλοειδή – ξεκινούν από τη μικροκλίμακα, αλλά διακλαδίζονται η μία από την άλλη με ιεραρχικό τρόπο για να δημιουργήσουν ένα δίκτυο ινών νανοκλίμακας», δήλωσε ο Orlin Velev, συν-συγγραφέας της μελέτης. «Αυτή η μορφολογία δημιουργεί μια δομή με μεγάλη επιφάνεια, η οποία μας επιτρέπει να εναποθέσουμε DNA ανάμεσα στις νανοϊνίδια χωρίς να θυσιάσουμε την πυκνότητα δεδομένων που κάνει το DNA εξ αρχής ελκυστικό για την αποθήκευση τους».

Η τεχνική αυτή επιτρέπει την αποθήκευση δεδομένων σε απίστευτα υψηλή πυκνότητα, περίπου 10 PB ανά cm3 (κυβικό εκατοστό). Με άλλα λόγια, αυτό σημαίνει 10 εκατομμύρια GB σε χώρο στο μέγεθος ενός κύβου ζάχαρης. Το δενδροκολλοειδές μπορεί να συγκρατήσει τα αρχεία καλύτερα από το γυμνό DNA και μπορεί να υποστεί περισσότερους από 170 κύκλους αφυδάτωσης/επανυδάτωσης σε σύγκριση με τους 60 κύκλους του «γυμνού» DNA.

Όπως και άλλες τεχνικές δεδομένων DNA, αυτό θα μπορούσε να είναι κατάλληλο για μακροχρόνια, αρχειακή αποθήκευση. Οι ερευνητές προβλέπουν ότι το DNA που αποθηκεύεται στα πολυμερή νανοϊνίδια τους θα έχει χρόνο ημιζωής περίπου 6.000 ετών σε θερμοκρασία ψυγείου 4 °C, και 2 εκατομμύρια χρόνια αν καταψυχθεί στους -18 °C.

Μπορούμε να αντιγράψουμε πληροφορίες DNA απευθείας από την επιφάνεια του υλικού χωρίς να το βλάψουμε. Μπορούμε επίσης να διαγράψουμε στοχευμένα κομμάτια του DNA και στη συνέχεια να τα ξαναγράψουμε στην ίδια επιφάνεια, όπως η διαγραφή και η επανεγγραφή πληροφοριών που είναι αποθηκευμένες στον σκληρό δίσκο. Ουσιαστικά μας επιτρέπει να διεξάγουμε το πλήρες φάσμα των λειτουργιών αποθήκευσης δεδομένων και υπολογισμού του DNA.

Για να γράψουν δεδομένα στο DNA, οι αλγόριθμοι τα μετατρέπουν πρώτα σε αλληλουχίες νουκλεϊκών οξέων, τα γνωστά γράμματα ACGT (αδενίνη, κυτοσίνη, γουανίνη και θυμίνη) του κώδικα DNA. Συγκεκριμένα κομμάτια πληροφοριών μπορούν να ανακτηθούν χρησιμοποιώντας μόρια RNA που αντιγράφουν τα δεδομένα από το DNA και στη συνέχεια την αλληλουχία αυτού του RNA. Αυτό σημαίνει ότι δεν χρειάζεται να καταστραφεί το DNA για να γίνει ανάγνωση από αυτό, σε αντίθεση με ορισμένες υπάρχουσες τεχνικές επεξεργασίας δεδομένων στο DNA. Το νέο σύστημα επιτρέπει επίσης υπολογισμούς απευθείας στο DNA, χρησιμοποιώντας ένζυμα. Αυτό επιδείχθηκε με το σύστημα να λύνει απλουστευμένα προβλήματα σκακιού 3 x 3 και sudoku.

[via]