by Владимир Торопов Владимир Торопов

ДНК-накопители данных представляют собой созданные в лаборатории молекулы. Они могут храниться тысячи лет и позволяют упаковать Петабайты данных в один грамм такого вещества. Честно говоря, звучит довольно странно. Однако, это вполне возможно.

Хранение цифровых данных на основе синтетических молекул ДНК — это инновационный метод. Он появился сравнительно недавно и все еще находится в стадии разработки. Если коротко, то 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.

ДНК накопители данных работают так

Мои решения на MQL5 Market: инструменты Владимира Торопова для трейдеров

1. Первичное преобразование данных

Известно, что цифровые данные могут представлять из себя текст, изображения или документы. Так вот, они 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. Причем, 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. Дело в том, что ДНК по своей природе стабильна. До такой степени, что она может сохраняться тысячи лет при правильных условиях. Таким образом, это 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. А именно, построения их в нужной последовательности. Далее, последовательности ДНК расшифровываются обратно в цифровые данные с помощью алгоритмов и соответствующего программного обеспечения. В итоге, это 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. Единственное, ее нужно храненить в соответствующих условиях. В таком случае, она становится 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.

Лаборатория

Мои решения на MQL5 Market: инструменты Владимира Торопова для трейдеров

Надо отметить, что использование ДНК-накопителей имеет большие перспективы. Однако, оно все еще находится на ранних стадиях разработки. Честно говоря, необходимо решить еще ряд технических и практических проблем, прежде чем оно станет коммерчески жизнеспособным. В частности, эти проблемы включают высокую стоимость синтеза и секвенирования ДНК. Помимо этого, скорость секвенирования ДНК по сравнению с электронным поиском данных довольно медленная. И на последок, есть 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.



ДНК-накопители от Microsoft

Microsoft Research активно исследует эту технологию в рамках своих программ по изучению новых технологий хранения данных. Кроме того, компания сотрудничает с другими 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 разрабатывают новые методы кодирования, синтеза и считывания данных ДНК, чтобы получить практические результаты в этой области.

Выводы

Это лишь несколько примеров компаний и организаций, занимающихся разработкой технологий хранения данных на ДНК-накопителях. Эта область быстро развивается. Таким образом, продолжаются исследования по решению технических проблем и реализации всего потенциала ДНК как носителя цифровых данных.