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 1

Hightech sprcha ušetrí pri sprchovaní až 45 % vody

23.01.2020 00:10

Nebia a Moen spojili svoje sily a vytvorili luxusnú sprchovú hlavicu, ktorá môže pomôcť zachrániť planétu. Samozrejme, len za predpokladu, že si ju kúpi dosť ľudí. Zariadenie v porovnaní s bežnými spr ...

Výskum

Objav v oblasti imunológie by mohol umožniť liečbu každého druhu rakoviny

22.01.2020 00:00

Vedci z Cardiffskej univerzity tvrdia, že novoobjavenú časť nášho imunitného systému možno využiť na liečenie všetkých druhov rakoviny. Zistenia publikované v časopise Nature Immunology zatiaľ neboli ...

Výskum

Šikovné riešenie ako sa vyhnúť endoskopickým vyšetreniam a zákrokom

21.01.2020 00:10

Vedci z MIT pracujú na pokročilých zdravotníckych pomôckach, ktoré by sa dali prehltnúť, ale na ich odstránenie by nebol potrebný chirurgický zákrok. Vyvinuli preto hydrogél, ktorý môže byť rozložený ...

Žiadne komentáre

Vyhľadávanie

Najnovšie videá