Усилията за пренасочване на технологията към паметта не са нови, но през последното десетилетие подходът придоби нов интерес и отбеляза известен напредък. Това се дължи на експлозия на данни, които не показват признаци на забавяне. До 2025 г. се изчислява, че всеки ден в световен мащаб ще се създават 463 екзабайта.
Тъй като съвременният свят произвежда все повече данни, изследователите се опитват да намерят нови начини за съхранение. ДНК се превръща в изключително компактна и стабилна среда за съхранение. Нов подход може да ни позволи да записваме цифрови данни директно в геномите на живите клетки.
Съхраняването на всички тези данни може бързо да стане непрактично при използване на конвенционална технология. ДНК може да съдържа отговора. Като начало неговата информационна плътност е милиони пъти по-добра от твърдите дискове. Един грам ДНК може да съхранява до 215 милиона гигабайта.
Забележителна стабилност
През 2017 г. изследователите успяха да извлекат пълния геном на изчезнал вид кон отпреди 700 000 години. Съхраняването и манипулирането на данни, използва същия език като природата. Това може да отвори вратата за множество нови възможности в биотехнологиите.
Основното усложнение се крие в начина за свързване на цифровия свят на компютрите с биохимичния свят на генетиката. Понастоящем се разчита на синтезиране на ДНК в лаборатория и въпреки че разходите бързо падат, това все още е сложен и скъп процес. След като бъдат синтезирани, последователностите трябва внимателно да се съхранят in vitro, докато не са готови за повторен достъп. Също така, могат да бъдат вградени в живи клетки с помощта на технологията за редактиране на гени-CRISPR.
Напредъкът
Изследователи от Колумбийския университет демонстрираха нов подход, който може директно да преобразува цифровите електронни сигнали в генетични данни. Това води до множество приложения както за съхранението на данни, така и извън тях.
Работата се основава на базиран на CRISPR клетъчен рекордер. Той открива наличието на определени ДНК последователности в клетката и записва този сигнал в генома на организма. Системата включва ДНК сензорен модул, който произвежда повишени нива на тригерна последователност в отговор на специфични биологични сигнали. Тези последователности са включени в записващата ДНК.
Тук роля играе адаптирането на сензорния модул за работа с биосензори, който реагира на електрически сигнали. След това големи популации от бактерии се поставят в устройство, съставено от поредица от камери, което позволява да се изложат на електрически импулси.
При приложено напрежение, нивата на последователността на задействането се повишават и записват в лентата на ДНК. Разтягания с високи пропорции на задействана последователност са използвани за представяне на двоично 1, а липсата им с 0, което позволява на изследователите директно да кодират цифрова информация в генома.
Колко памет има клетката
Количеството данни, които може да побере една клетка, е доста малко. Само три бита. Изследователите са измислили начин за кодиране на 24 отделни популации от бактерии с различни 3-битови отрязъци от данни едновременно, за общо 72 бита. Те са използвали метода, за да кодират съобщението „здравей, свят!“. Чрез секвениране на комбинираната популация и използване на специално разработен класификатор, те могат да извлекат съобщението с 98% точност.
Очевидно 72 бита са много далеч от капацитета за съхранение на съвременните твърди дискове и дори безклетъчните техники за съхранение на ДНК вече работят в гигабайти. Това е само доказателство за концепция и има много възможности за повишаване на ефективността.
Съхраняването на данни в клетки има редица предимства. Като начало е много по-евтино да разширите или дублирате информацията, защото можете просто да отглеждате повече клетки, вместо да се налага да извършвате сложен изкуствен синтез на ДНК. Записаната информация остава стабилна за между 60 и 80 поколения клетки.
Последните ще разполагат с естествен капацитет да пазят ДНК в безопасност от нарушения на околната среда. Това е демонстрирано, чрез добавяне на клетките на E. coli към нестерилизирана почва. След опита надеждно е извлечено 52-битово съобщение чрез секвениране на комбинираната общност на почвата.
Най-вълнуващата възможността за свързване на тази способност за запис на данни е с нововъзникващите изследвания върху биокомпютри. Изследователите вече са започнали да проектират ДНК на клетките, за да им позволят извършване на логически операции. Създаването на директен интерфейс между силиций и геноми може значително да ускори способността ни да препрограмираме клетките за нашите собствени устройства.
