ДНК-накопители данных представляют собой созданные в лаборатории молекулы, которые могут храниться тысячи лет, и позволяют упаковать Петабайты данных в один грамм такого вещества. Звучит довольно странно. Однако, это возможно. Несколько компаний уже работают над этой технологией.
Хранение цифровых данных на основе синтетических молекул ДНК — это инновационный метод, который появился сравнительно недавно и все еще находится в стадии разработки. Потенциал этого метода обусловлен тем, что ДНК-молекула, которая кодирует генетическую информацию в живых организмах, может хранить огромные объемы данных в компактной и долговечной форме.
Как работают ДНК-накопители?
Технология, будучи достаточно сложной и дорогой, включает несколько важных аспектов. Они кратко изложены ниже.
Мои решения на MQL5 Market: инструменты Владимира Торопова для трейдеров
1. Первичное преобразование данных
Цифровые данные, такие как текст, изображения или файлы, преобразуются в последовательность оснований ДНК (аденин, цитозин, гуанин и тимин). Определенная комбинация оснований ДНК представляет какую-то одну цифру (бит) двоичных данных. Например, «00» может быть представлен аденином (А) и цитозином (С), а «11» может быть представлен гуанином (G) и тимином (Т).
2. Синтез молекулы ДНК
После того, как данные закодированы в последовательности ДНК, для физического синтеза в лаборатории молекул ДНК с указанными последовательностями применяются методы синтетической биологии. Далее, синтезированные нити ДНК представляют собой цифровые данные в такой форме, в которой их можно хранить и обрабатывать по вашему желанию.
3. Хранение молекулы ДНК
Синтезированные молекулы ДНК затем хранятся в подходящей среде, например, в пробирке или микрочипе. ДНК по своей природе стабильна и может сохраняться тысячи лет при правильных условиях, что делает её идеальным кандидатом для долгосрочного хранения данных.
4. Извлечение, секвенирование и расшифровка данных
Когда необходимо получить доступ к сохраненным данным, молекулы ДНК извлекаются из носителя данных и секвенируются с использованием технологии секвенирования ДНК. Секвенирование ДНК — это процесс распределения извлеченных данных, то есть построения их в нужной последовательности. Далее, последовательности ДНК расшифровываются обратно в цифровые данные с помощью алгоритмов и соответствующего программного обеспечения, что позволяет получить исходную информацию.
Какие преимущества дают ДНК-накопители?
Эта технология имеет ряд преимуществ перед традиционными методами хранения:
Высокая плотность записи
Молекулы ДНК могут хранить огромные объемы данных в крошечном объеме. Один грамм ДНК теоретически способен хранить от Терабайта до Петабайта данных, что намного превосходит возможности современных технологий хранения.
ДНК-накопители — это стабильность и долговечность
ДНК по своей природе стабильна и может сохраняться тысячи лет без потери информации, заложенной в нее, при хранении в соответствующих условиях, что делает её отлично приспособленной для архивного хранения данных.
Низкое энергопотребление
В отличие от электронных устройств хранения данных, хранилище на основе молекул ДНК не требует постоянного питания для поддержания целостности данных. Это приводит к снижению энергопотребления и негативного воздействия на окружающую среду.
Мои решения на MQL5 Market: инструменты Владимира Торопова для трейдеров
В то время как использование ДНК-накопителей имеет большие перспективы, оно все еще находится на ранних стадиях разработки, и необходимо решить ряд технических и практических проблем, прежде чем оно станет коммерчески жизнеспособным. Эти проблемы включают высокую стоимость синтеза и секвенирования ДНК, медленную скорость секвенирования ДНК по сравнению с электронным поиском данных, а также необходимость в стандартизированных протоколах и инфраструктуре для хранения молекул ДНК.
Тем не менее, проводящиеся исследования и достижения в области синтетической биологии и технологии секвенирования ДНК продолжают расширять границы возможностей хранения данных на основе дезоксирибонуклеиновой кислоты, открывая захватывающие перспективы будущего.
Компании, разрабатывающие ДНК-накопители
Сейчас сразу несколько компаний и исследовательских центров активно участвуют в разработке технологии хранения данных на основе ДНК. Вот некоторые известные игроки в этой области:
Twist Bioscience
Twist Bioscience — ведущая компания в области синтетической биологии, специализирующаяся на синтезе и производстве молекул ДНК. Они предлагают услуги по синтезу ДНК и продукты на основе ДНК для различных применений, в том числе и хранение данных на основе молекул дезоксирибонуклеиновой кислоты.
Catalog Technologies
Catalog Technologies — стартап, ориентированный на монетизацию описываемой технологии. Фирма разрабатывает собственные методы кодирования, хранения и извлечения цифровых данных с использованием синтетических молекул ДНК.
Microsoft
Microsoft Research активно исследует эту технологию в рамках своих программ по изучению новых технологий хранения данных. Компания сотрудничает с академическими учреждениями и коммерческими фирмами для развития технологий, которые используют ДНК-накопители данных.
DNA Script
DNA Script — биотехнологическая компания, разрабатывающая технологию синтеза ДНК на основе ферментов. Хотя они в первую очередь сосредоточены на решениях в области биотехнологии и терапии, их технология также может иметь применение для хранения данных на ДНК-накопителях.
ETH Zurich
Академические учреждения, такие как ETH Zurich , также исследуют технологию хранения информации с применением молекул дезоксирибонуклеиновой кислоты. Исследователи из ETH Zurich и других университетов работают над разработкой новых методов кодирования, синтеза и считывания данных ДНК, чтобы получить практические результаты в этой области.
Заключение
Это лишь несколько примеров компаний и организаций, занимающихся разработкой технологий хранения данных на ДНК-накопителях. Эта область быстро развивается, и продолжаются исследования по решению технических проблем и реализации всего потенциала ДНК как носителя цифровых данных.