Przełom w wykorzystaniu DNA jako nośnika danych. Naukowcy z MIT opracowali nową technikę wyszukiwania w nim informacji [DEPESZA]
Naukowcy z Massachusetts Institute of Technology opracowali nową technikę oznaczania i wyszukiwania plików danych DNA. Może to oznaczać przełom w technikach przechowywania danych i wykorzystania DNA w tym celu. Nośnik informacji genetycznej może też być idealnym nośnikiem innych danych, takich jak zdjęcia, filmy czy pliki. Jest niezwykle stabilny i łatwy do sekwencjonowania. Ponadto, ze względu na dużą gęstość, eksabajt danych przechowywanych jako DNA może się zmieścić w dłoni. – Chociaż może upłynąć trochę czasu, zanim DNA stanie się opłacalne jako nośnik danych, już dziś istnieje pilna potrzeba tanich, masowych rozwiązań do przechowywania wcześniej istniejących próbek DNA i RNA z testów COVID-19, sekwencjonowania genomu człowieka i innych obszarów genomiki – podkreśla Mark Bathe z MIT.
– Potrzebujemy nowych rozwiązań do przechowywania tych ogromnych ilości danych, które gromadzi świat, zwłaszcza danych archiwalnych – wskazuje Mark Bathe, profesor inżynierii biologicznej w Massachusetts Institute of Technology, członek centrum badań Broad Institute of MIT and Harvard. – DNA jest tysiąckrotnie gęstsze niż nawet pamięć flash, a kolejną interesującą właściwością jest to, że po utworzeniu polimeru DNA nie zużywa on żadnej energii. Można zapisać i przechowywać w nim dane na zawsze.
Jak podaje MIT, obecnie na Ziemi jest około 10 bln gigabajtów danych cyfrowych. Codziennie tworzymy średnio 2,5 mln gigabajtów danych. Wiele z tych danych jest przechowywanych w eksabajtowych centrach danych, które mogą mieć rozmiar kilku boisk piłkarskich, a ich budowa i utrzymanie kosztuje około 1 mld dol. Zapotrzebowanie na przechowywanie danych rośnie wykładniczo, więc naukowcy szukają bardziej wydajnych rozwiązań niż te stosowane obecnie. Jednym z nich jest DNA. Cząsteczki DNA w wyniku ewolucji mają zdolność do pakowania informacji genetycznych w ekstremalnie dużych gęstościach. Do przechowywania wszystkich danych z całego świata wystarczyłby kubek do kawy pełen zwiniętego DNA.
Naukowcy wykazali już, że potrafią kodować obrazy i strony tekstu jako DNA. Potrzebny jest jednak równie łatwy sposób wybrania żądanego pliku z mieszanki wielu kawałków DNA. Teraz badacze z Massachusetts Institute of Technology opracowali nowatorską technikę wyszukiwania danych DNA, która przyspiesza proces syntezy i sortowania kodu z dużej bazy danych.
– Zakładając, że technologie zapisywania w DNA dojdą do punktu, w którym zapisanie eksabajta lub zettabajta danych w nim jest opłacalne, będziemy wtedy tworzyć stosy DNA składające się z miliardów plików, obrazów lub filmów i innych rzeczy, ale będzie trzeba w jakiś sposób znaleźć to konkretne zdjęcie czy film, którego poszukujemy – wskazuje Mark Bathe. – To jak szukanie igły w stogu siana.
Naukowcy MIT zamknęli każdy plik danych w 6-mikrometrowej cząsteczce krzemionki, która jest oznaczona krótkimi sekwencjami DNA, odpowiadającymi zawartości pliku. Naukowcy zakodowali 20 różnych obrazów we fragmentach DNA o długości około 3000 nukleotydów, co odpowiada około 100 bajtom. Każdy plik został oznaczony kodami kreskowymi odpowiadającymi etykietom, takim jak „kot” lub „samolot”. Kiedy chcą wyciągnąć konkretny obraz, usuwają próbkę DNA i dodają startery odpowiadające etykietom, których szukają – np. „kot”, „pomarańczowy” i „dziki” dla obrazu tygrysa lub „kot”, „pomarańcza” i „domowy” dla kota domowego.
Startery są oznakowane cząsteczkami fluorescencyjnymi lub magnetycznymi, co ułatwia wyciągnięcie i identyfikację wszelkich dopasowań z próbki. Pozwala też usunąć żądany plik, pozostawiając nienaruszoną resztę DNA do ponownego przechowania.
– Na obecnym etapie naszych badań uzyskujemy szybkość wyszukiwania 1 kilobajta na sekundę. Szybkość wyszukiwania naszego systemu plików jest determinowana przez rozmiar danych, który jest obecnie ograniczony, ponieważ koszt zapisania nawet 100 megabajtów danych w DNA jest obecnie zaporowy – wskazuje dr James Banal z MIT. – Jeśli synteza DNA stanie się wystarczająco tania, dzięki naszemu podejściu będziemy w stanie zmaksymalizować rozmiar danych, które możemy przechowywać w jednym pliku.
Jedną z przeszkód w tego rodzaju przechowywaniu danych jest koszt syntezy tak dużych ilości DNA. Obecnie zapisanie jednego petabajta danych (1 mln gigabajtów) kosztowałoby 1 bln dol. Aby stać się konkurencyjnym, koszt syntezy DNA musiałby spaść kilkukrotnie. Zdaniem ekspertów może do tego dojść w ciągu 10–20 lat, podobnie jak zmniejszył się koszt przechowywania informacji na dyskach.
– Chociaż może upłynąć trochę czasu, zanim DNA stanie się opłacalne jako nośnik danych, już dziś istnieje pilna potrzeba tanich, masowych rozwiązań do przechowywania wcześniej istniejących próbek DNA i RNA z testów COVID-19, sekwencjonowania genomu człowieka i innych obszarów genomiki – podkreśla Mark Bathe z MIT.
Czytaj także
- 2024-10-18: Nowe technologie zmieniają pracę statystyków. Mogą poddawać szybkiej analizie duże zasoby informacji
- 2024-09-26: Sejm pracuje nad nowelizacją ustawy o przetwarzaniu danych pasażera. Linie lotnicze liczą na uniknięcie miliardowych kar
- 2024-09-04: Centra danych odpowiadają za 2 proc. globalnego zużycia energii, a wkrótce ten udział może się podwoić. Operatorzy szukają sposobów na oszczędności
- 2024-08-21: Ustawa o ochronie sygnalistów będzie dla firm dużym wyzwaniem. Szczególnie konieczność ochrony danych osobowych i zachowania poufności
- 2024-07-26: Gminy potrzebują inwestycji w cyberbezpieczeństwo. Eksperci widzą duże ryzyka wynikające z zaniedbań
- 2024-07-01: Wypełnianie dokumentacji to nawet dwie trzecie czasu pracy lekarza. Inteligentne cyfrowe narzędzia zaczynają to zmieniać
- 2024-05-31: W strefach objętych konfliktem żyje 400 mln dzieci. Najtrudniejsza sytuacja jest w Strefie Gazy, gdzie w ciągu kilku miesięcy zginęło ponad 12 tys. dzieci
- 2024-07-04: Europejskie sklepy internetowe skarżą się na nieuczciwą konkurencję z Chin. Apelują o lepszy nadzór nad rynkiem
- 2024-06-04: Nowe systemy biletowe muszą lepiej chronić dane osobowe pasażerów. To cenny łup dla cyberprzestępców
- 2024-05-15: Polskie aglomeracje stają się coraz bardziej cyfrowe. Skokowo wzrasta zużycie danych w sieci
Kalendarium
Więcej ważnych informacji
Jedynka Newserii
Jedynka Newserii
Infrastruktura
Zadyszka na rynku ładowania samochodów elektrycznych. Rozwój infrastruktury przyhamował
Bardzo powolny, ale stabilny wzrost na rynku samochodów elektrycznych – tak sytuację swojej branży oceniają firmy, które w niej działają. Zauważają także delikatną zadyszkę spowodowaną dość niską dynamiką rozwoju infrastruktury ładowania względem oczekiwań, co przekłada się na popyt aut. Elektromobilny biznes liczy na działania, które mogłyby pobudzić rynek.
Transport
Dekarbonizacja jest wyzwaniem dla firm przemysłowych. Wymaga zmian w całym łańcuchu dostaw
Sektor przemysłowy jest jednym z głównych emitentów CO2, a jego dekarbonizacja ma kluczowe znaczenie dla osiągnięcia unijnych celów neutralności klimatycznej. Dla przedsiębiorstw, zwłaszcza z branż energochłonnych, oznacza to jednak konieczność modernizacji zakładów i przeprojektowania procesów produkcyjnych. Kluczowe są m.in. ich automatyzacja, cyfryzacja i maksymalne skracanie łańcuchów dostaw, również wewnątrzzakładowych.
Ochrona środowiska
Polskę czeka boom w magazynach energii. Rząd pracuje nad nowymi przepisami
Brak magazynów energii to jedna z największych barier w rozwoju energetyki odnawialnej. Stopniowo zyskują one jednak zainteresowanie zarówno spółek energetycznych, jak i inwestorów indywidualnych. Nowe przepisy, które zapowiada rząd, mają pobudzić inwestycje w ten obszar, który może się okazać istotny także dla polskiego przemysłu.
Szkolenia
Akademia Newserii
Akademia Newserii to projekt, w ramach którego najlepsi polscy dziennikarze biznesowi, giełdowi oraz lifestylowi, a także szkoleniowcy z wieloletnim doświadczeniem dzielą się swoją wiedzą nt. pracy z mediami.