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
- 2024-04-05: Sprzedaż nagrań muzycznych rośnie w tempie prawie 20-proc. Streaming motorem napędowym, ale do łask wracają nośniki sprzed lat
- 2024-03-28: Postęp technologiczny rewolucjonizuje pracę specjalistów ds. finansów. Stają się strategicznymi doradcami biznesu
- 2024-03-12: Wątpliwości dotyczące bezpieczeństwa danych przetwarzanych w różnych urzędach. NIK zapowiada kontrole we wszystkich jednostkach samorządu terytorialnego
- 2024-01-26: Ochrona danych osobowych na coraz wyższym poziomie. Zarówno świadomość, jak i przepisy wymagają jednak poprawy
- 2024-02-22: Rozwój technologii nie idzie w parze ze świadomością użytkowników i regulacjami prawnymi. To zagrożenie dla ochrony danych osobowych
- 2023-12-12: Cyfryzacja procesów budowlanych przyspiesza. Efektem są lepszej jakości projekty i mniej błędów na budowach
- 2023-11-09: Coraz bardziej zaawansowane prace nad morskimi farmami wiatrowymi na Bałtyku. Inwestorzy przygotowują się też do aukcji w 2025 roku
- 2023-10-23: Firmy inwestują w zabezpieczanie danych, ale wiele z nich wciąż robi to źle. Często nie trzymają się nawet podstawowych zasad bezpieczeństwa
- 2023-11-02: DNA może rozwiązać problem masowego przechowywania danych. Główne zalety to ogromna pojemność, trwałość i bezpieczeństwo zapisu
- 2023-10-16: Sztuczna inteligencja przyspiesza powstanie leków. Rozwiązanie polskiej firmy pomaga szybciej tworzyć nowe związki chemiczne
Kalendarium
Więcej ważnych informacji
Jedynka Newserii
Jedynka Newserii
Konsument
T-Mobile startuje w Polsce z nowym konceptem. Pozwoli klientom przetestować i doświadczyć najnowocześniejszych technologii
T-Mobile już od kilku lat realizuje strategię, która mocno skupia się na innowacjach i doświadczeniach klienta związanych z nowymi technologiami. Połączeniem obu tych elementów jest Magenta Experience Center – nowoczesny koncept, który ma zapewnić klientom możliwość samodzielnego przetestowania najnowszych technologii. Format, z sukcesem działający już na innych rynkach zachodnioeuropejskich, właśnie zadebiutował w Warszawie. Będą z niego mogli korzystać zarówno klienci indywidualni, jak i biznesowi.
Konsument
Od 28 kwietnia Polacy żyją na ekologiczny kredyt. Zmiana zachowań konsumentów może odwrócić negatywny trend
Dzień Długu Ekologicznego, czyli data, do której zużyliśmy wszystkie zasoby, jakie w ciągu roku może zapewnić Ziemia, w tym roku w Polsce przypada 28 kwietnia, kilka dni wcześniej niż rok temu. Coroczne przyspieszenie tego terminu to sygnał, że czerpiemy bez umiaru z naturalnych systemów, nie dając im czasu na odbudowę. – Polskie społeczeństwo staje się coraz bardziej konsumpcyjne, kupujemy i wyrzucamy coraz więcej. Ale też nie mamy tak naprawdę efektywnego narzędzia, żeby temu zapobiec – ocenia Filip Piotrowski, ekspert ds. gospodarki obiegu zamkniętego z UNEP/GRID-Warszawa.
Transport
Chiny przyspieszają inwestycje w odnawialne źródła. Nie przestają jednak rozbudowywać mocy węglowych
Coraz dotkliwsze skutki zmian klimatycznych, ale przede wszystkim chęć zbudowania bezpieczeństwa energetycznego i uniezależnienia się od zewnętrznych dostaw surowców skłoniły rząd w Pekinie do ekspresowych inwestycji w nowe moce odnawialnej energii. W efekcie Chiny wyrastają na globalnego lidera transformacji energetycznej – odpowiadają dziś za największy na świecie przyrost mocy zainstalowanych w fotowoltaice i wiatrakach. Co ciekawe, nie rezygnują jednak przy tym również z inwestycji w energetykę węglową.
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.