215 000 терабайт в молекуле: ДНК становится хранилищем данных

Группа учёных разработала метод записи цифровой информации на молекулы ДНК, который в 350 раз быстрее существующих технологий. Исследование демонстрирует новый способ хранения данных с использованием эпигенетической модификации ДНК. Специалисты уверены, что такая технология способна проложить путь к созданию биомолекулярных систем для реального хранения информации.

Основываясь на исследованиях, ученые утверждают, что одна молекула ДНК человека потенциально может хранить до 215 000 терабайт информации, что давно привлекает внимание научного сообщества к ДНК как перспективному носителю цифровых данных.

На пути к полноценному использованию ДНК для хранения информации остаются два основных препятствия. Во-первых, стоимость производства. Сегодня единственно возможным способом записи данных является синтез ДНК на заводах, но такой подход слишком затратен для массового использования. Второй сложностью является низкая скорость процессов кодирования информации на молекулы.

Предложенный подход позволяет решить обе проблемы, используя природные механизмы, значительно ускоряющие процесс. Метод основан на метилировании азотистых оснований на уже существующем шаблоне ДНК. Это избавляет от необходимости синтеза и позволяет достигать высокой скорости записи данных, названных исследователями эпи-битами (epi-bit) — аналогом битов в обычных цифровых компьютерах.

Метилирование или его отсутствие позволяет представлять единицы данных в виде 1 и 0. Тестирование показало, что новый метод способен записывать данные со скоростью 350 бит за реакцию, что является значительным шагом вперед по сравнению с предыдущими подходами, которые обеспечивали лишь один бит за реакцию.

Помимо повышения производительности, ученые также улучшили удобство работы с ДНК-накопителями, создав платформу iDNAdrive. Около 60 добровольцев из разных научных областей успешно закодировали на платформе около 5 000 бит текстовой информации.

Однако технология пока уступает традиционным методам хранения. Даже с использованием эпи-битов и автоматизированной платформы для жидкостной обработки, скорость записи данных достигает лишь 40 бит в секунду (SSD-диски способны считывать и записывать данные на скорости 200-550 МБ/с).

Исследователи также указывают на вопросы по долговечности метильных меток, создаваемых новой технологией. Вдобавок возникает проблема реализации произвольного доступа к данным, аналогичного оперативной памяти: для выборочного доступа к файлам в системе эпи-битов требуется считывание всей базы данных, что неэффективно с помощью нанопорового секвенирования.

Стоимость технологии эпи-битов пока превышает затраты на традиционные системы хранения на основе ДНК. Однако ученые надеются, что дальнейшая автоматизация и оптимизация помогут сократить расходы и приблизить коммерциализацию.