Новые прорывы в технологии хранения ДНК, все, что вас окружает, может стать «жестким диском»

Хранение ДНК считается основной тенденцией в области хранения данных в будущем. Согласно последним исследованиям, опубликованным в журнале Nature Biotechnology, технология хранения ДНК сделала новый прорыв.

Согласно отчету Wired, ученые использовали материалы, содержащие данные ДНК, для печати пластмассового кролика в 3D. Волшебство заключается в том, что если разрезать хвост пластмассового кролика, информация ДНК хвоста может быть расшифрована для создания идентичного кролика.

Эта сцена напоминает фильм «Парк Юрского периода»: ученые использовали заключенных в янтарь комаров для извлечения ДНК динозавров и успешно воскресили динозавров. На этот раз изменилось то, что «воскресает» через ДНК не живой объект, а пластиковую модель.

Представьте, что эта технология позволяет хранить данные ДНК практически в любом объекте. Не имеет значения, повреждены ли эти объекты. Пока есть небольшой фрагмент данных, все данные можно восстановить.

Янив Эрлих, главный научный сотрудник израильской компании по секвенированию генов MyHeritage, является ведущим автором этого исследования. Он назвал эту технологию интеграции ДНК в повседневные предметы «ДНК вещей», которая изменит определение «умных устройств».

Чтобы понять, как сделан волшебный пластиковый кролик, вы должны сначала понять принцип хранения данных ДНК. Все компьютерные данные хранятся и вычисляются как двоичные числа, состоящие из 0 и 1, в то время как технология хранения ДНК использует 4 вида оснований вместо 0 и 1 для преобразования цифровых сигналов в химические сигналы.

Согласно статье, исследователи сначала преобразовали данные оцифрованной модели кролика в базовые данные ДНК, заключили молекулы ДНК в микростеклянные шарики размером 160 нанометров и встроили несколько триллионов шариков в биоразлагаемый термопластичный полимер. Используя этот материал для печати кроликов в 3D, поэтому пластиковый кролик содержит 370 миллионов цифровых файлов с описанием контуров.

Принципиальная схема 3D-печати и расшифровки пластмассового кролика

Этого кролика зовут Стэнфордский кролик (Stanford Bunny). Это не случайное имя. Так называемый «Стэнфордский кролик» — это трехмерная тестовая модель, широко используемая в области компьютерной графики. Она была произведена графическим экспериментом Стэнфордского университета еще в начале как 1994г.

3D-печать не новость. Настоящий прорыв в том, что можно вырезать только небольшой кусок этого «Стэнфордского кролика», чтобы восстановить цифровую модель всего кролика. Как это сделать?

Исследователи используют полимеразную цепную реакцию (ПЦР) для репликации и амплификации небольших фрагментов ДНК, что может значительно увеличить следовые количества ДНК и, наконец, интерпретировать полные исходные данные с помощью секвенирования ДНК.

Однако предварительным условием для этих операций является сохранение неизменной химической структуры молекул ДНК. Молекулы ДНК очень хрупкие. Высокая температура, большие изменения кислотности и щелочи, а также ультрафиолетовые лучи могут разрушить закодированную информацию. Янив Эрлих использует генерацию положительного заряженные частицы диоксида кремния как защитная оболочка молекулы ДНК защищает молекулу ДНК от повреждений в процессе печати.

Сообщается, что таким образом исследователи получили 5 поколений кроликов, и при этом не было потеряно никакой информации. Информация о каждом поколении кроликов такая же, как и в исходном цифровом файле.

Шрирам Косури, специалист по биохимии из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, считает, что это исследование показывает более многообещающее применение технологии хранения данных ДНК, то есть «хранить данные повсюду», и все повседневные предметы можно использовать для хранения полезных данные.

В исследовательском документе перечислено применение этой технологии в области медицины, которая может хранить информацию об имплантатах и ​​данные медицинских карт пациента в медицинских имплантатах в виде «электронной медицинской карты ДНК», которая может храниться в течение более длительного периода времени.

Это исследование доказывает возможность использования этой технологии, но на данном этапе она нецелесообразна. Потому что стоимость декодирования данных ДНК слишком высока и требует много времени. В настоящее время стоимость секвенирования ДНК не совсем понятна людям. Стоимость изготовления кроликов Янива Эрлиха составляет около 61 530 новых тайваньских долларов, а от кодирования до декодирования требуется несколько десятков часов.

Эффективность ввода и чтения данных всегда была одним из самых узких мест при коммерциализации технологии хранения ДНК. В начале этого года Microsoft впервые реализовала полностью автоматическое хранение сообщений ДНК. Она кодирует только пять букв «привет», а преобразование в чтение занимает 21 час.

Помимо 3D-печати кроликов, исследователи также провели еще один эксперимент, сохранив видео размером 1,4 МБ на линзах очков из оргстекла, чтобы продемонстрировать потенциал этой технологии для сокрытия информации. Вероятно, это станет еще одной черной технологией агентов в фильме.

В научно-фантастическом романе «Три тела» люди обнаружили, что единственный реальный способ найти информацию, хранящуюся 100 миллионов лет, — это «вырезать слова на камне». Многие люди скажут, что объем информации, хранящейся таким образом, очень ограничен, но с помощью этой технологии «ДНК всего» хранение данных в скалах действительно может обеспечить постоянное хранение данных.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *


CAPTCHA Image
Reload Image