Image
23.2.2015 0 Comments

Syntetická fosília ako kľúč USB. DNA úložisko môže uchovať digitálne dáta na milióny rokov

dna_data_storage.jpg Skamenené kosti môžu uchovávať genetický materiál státisíce rokov. To inšpirovalo švajčiarskych vedcov pod vedením Roberta Grassa vyvinúť „syntetickú fosíliu" tým, že uložia dáta do špirály DNA a potom ju zapuzdria ochrannou vrstvou skla.

Naše digitálne dáta uchovávame pomocou technológií, ktoré umožňujú prácu s nimi v krátkodobom horizonte, no nie sú vhodné na skutočne dlhodobú archiváciu. Štandardné pevné disky neposlúžia dlhšie ako niekoľko desaťročí, navyše môžu byť poškodené vplyvom vysokej teploty, vlhkosti, magnetického poľa, prípadne mechanicky. Dokonca aj disky SSD, ktoré sú menej náchylné na mechanické poškodenie, môžu stratiť dáta, ak sú niekoľko mesiacov odpojené od napájania.

Naskytá sa však jedno zaujímavé riešenie - ukladanie digitálnych dát pomocou reťazcov DNA. Možno sa to zdá trocha pritiahnuté za vlasy, ale existuje niekoľko veľmi dobrých dôvodov, ktoré z toho robia atraktívnu záležitosť. Predovšetkým DNA môže ukladať informácie s neuveriteľnou hustotou dát - jediná živá bunka môže obsahovať milióny nukleónových báz, pričom každá môže predstavovať aspoň jeden bit informácie, takže hustota dát sa blíži jednému petabajtu (miliónu gigabajtov) na kubický milimeter.

Pridajme k tomu skutočnosť, že za ideálnych podmienok môžu fosílie zachovať genetický materiál na milióny rokov, a máme tu ideálneho kandidáta na dlhodobé ukladanie dát.

A práve to sa snaží dosiahnuť Dr. Robert Grass a jeho tím v Zürichu. Uskutočnili preto zaujímavý pokus. Uložili 83 kilobajtov informácií (zakladaciu listinu Švajčiarska z roku 1291 a Archimedovu metódu vytvárania mechanických teorém) do 4991 segmentov DNA, z ktorých každý mal 158 nukleotidov.

Potom, aby chránili DNA pred degenerovaním v priebehu času, vedci vytvorili „syntetickú fosíliu", zapuzdrili ju do 150-nanometrových guľôčok oxidu kremičitého, ktoré bránia tomu, aby genetický materiál chemicky reagoval s prostredím. Ak chcete dáta opäť prečítať, treba guľôčky vložiť do fluoridového roztoku, ktorý rozpúšťa oxid kremičitý, ale DNA nenarúša.

Digitálne systémy určené na ukladanie dát na veľmi dlhý čas musia mať veľmi vysokú úroveň tepelnej odolnosti. Práve takúto úroveň ochrany zabezpečuje zapuzdrenie DNA do oxidu kremičitého (skla). V tomto prípade vedci simulovali degradáciu DNA tým, že ju vystavili teplotám 60 až 70 °C po dobu až jedného mesiaca, čím replikovali chemickú degradáciu, ktorá by sa odohrala v priebehu tisícov rokov. Následne použili fluorid na oddelenie DNA od ochrannej vrstvy a pomocou bežných metód na čítanie DNA sa im podarilo uložené dáta opäť prečítať.

Po uložení DNA v chladničke pri teplote 4 °C až 80 % sekvencií obsahovalo prinajmenšom jednu chybu a 8 % sekvencií sa úplne stratilo. Tím však vytvoril vlastný algoritmus na opravu chýb, založený na Reedových-Solomonových samoopravných kódoch, takže v konečnom dôsledku boli schopní dekódovať dáta bez chyby.

Vedci vypočítali, že dáta uložené pri ešte nižšej teplote (napr. -18 °C) by prežili viac než milión rokov. Aj keď náklady potrebné na manipuláciu s DNA v súčasnosti neumožňujú praktické každodenné použitie, vďaka pokrokom v sekvenovaní DNA postupne klesajú. Zníženie nákladov by mohol priniesť aj ďalší výskum zameraný na zápis digitálnej informácie do genetického materiálu (v súčasnosti sú náklady na úrovni asi 500 USD/MB).

Výskum je opísaný v najnovšom čísle časopisu Angewandte Chemie.

Zdroj: gizmag.com


Nechajte si posielať prehľad najdôležitejších správ emailom

Mohlo by Vás zaujímať

Výskum

Vedci objavili 3D grafén. Je porézny, 10-krát pevnejší ako oceľ, pričom má iba 5 % jej hustoty

12.01.2017 00:40

Vedci z MIT vytvorili nový materiál, ktorý je pevnejší ako grafén. Uplatniť by sa mohol v oblasti architektúry, stavebníctva, ale dal by sa použiť aj na filtrovanie. Doteraz sme ako najpevnejší mater ...

Výskum

Pamäť ako procesor. Vedci našli spôsob, ako pamäte ReRAM použiť na výpočty

11.01.2017 00:30

Tím vedcov z univerzít v Singapure a Nemecku vymyslel spôsob, ako premeniť najnovšie modely pamäťových čipov RAM na jednotky spracúvajúce dáta, čím by sa dala eliminovať potreba CPU. Vo svojom výskum ...

Výskum

Slovenská vedkyňa bude veliteľkou misie na „Mars“

10.01.2017 00:29

Slovenská vedkyňa Dr. Michaela Musilová sa stala hlavnou veliteľkou medzinárodnej posádky, ktorá uskutoční misiu na simulovaný Mars. Už o par dní odlieta do USA, aby v americkej púšti uskutočnila niek ...

Žiadne komentáre

Vyhľadávanie

ShowIT

Najnovšie videá