По всему миру ученые исследуют неожиданное решение растущего кризиса данных: хранение цифровой информации в синтетической ДНК. Идея проста, но мощна — ДНК является одной из самых компактных и долговечных информационных систем на Земле. Но одна проблема сдерживала развитие этой области. После того, как данные записаны в ДНК, их нельзя изменить.

Теперь исследователи из Университета Миссури помогают решить эту проблему, преобразуя ДНК из одноразового носителя в перезаписываемый цифровой жесткий диск. Результаты их исследования опубликованы в журнале PNAS Nexus.

«ДНК — это невероятное вещество, хранящее план развития жизни в крошечном, стабильном пакете», — сказал Ли-Кун «Эндрю» Гу, профессор химической и биомедицинской инженерии в Инженерном колледже Университета Миссури. «Мы хотели выяснить, можем ли мы хранить и переписывать информацию на молекулярном уровне быстрее, проще и эффективнее, чем когда-либо прежде».

Почему именно ДНК?

Современные компьютеры хранят информацию в виде последовательности нулей и единиц. ДНК-основанное хранение данных идет еще дальше, преобразуя эти биты в последовательности букв — A, C, G и T — тех же строительных блоков, из которых состоит ДНК.

Для хранения цифровых файлов в ДНК ученые преобразуют нули и единицы, из которых состоят фотографии, видео и другие данные, в последовательности этих четырех химических букв. Затем машины создают синтетические нити, несущие точно такой же шаблон.

Преимущества ДНК поразительны. Она может хранить огромные объемы информации в крошечных количествах; теоретически, все данные мира могли бы поместиться в коробку размером с обувную коробку. При хранении в сухом и прохладном месте она остается стабильной в течение тысяч лет. А хранение данных таким способом требует гораздо меньше энергии, чем работа крупных центров обработки данных.

Однако до сих пор хранение ДНК было постоянным. После кодирования данные нельзя обновить или использовать повторно — это серьезное ограничение для всего, что выходит за рамки долгосрочного архивирования.

Вот тут-то и вступает в дело команда Гу. Они разработали метод, позволяющий многократно стирать и перезаписывать данные, хранящиеся в ДНК. Такая возможность перезаписи крайне важна для любой системы хранения данных, предназначенной для регулярного повседневного использования. Их метод позволяет ДНК функционировать не как статический архив, а как современный жесткий диск — с необычайной плотностью хранения и долговечностью.

Для получения информации необходимо прочитать последовательность ДНК. Команда из Университета Миссури разрабатывает компактное электронное устройство, сопряженное с детектором молекулярного масштаба, называемым нанопоровым сенсором . Когда ДНК проходит через сенсор, она вызывает едва заметные электрические изменения, которые программное обеспечение преобразует обратно в нули и единицы, и в конечном итоге — в исходный файл данных.

Система, разработанная в университете Миссури, быстрее, проще и экологичнее существующих методов. В долгосрочной перспективе Гу надеется уменьшить устройство до размеров USB-флешки.

Высокая пропускная способность и сверхвысокая степень защиты

ДНК хранит информацию в трех измерениях , а не на плоском компьютерном чипе, что обеспечивает ей беспрецедентную плотность хранения. А поскольку она существует в виде физической молекулы, а не постоянно соединенной электронной системы, она обеспечивает дополнительную защиту от хакеров.

«Представьте это как сверхнадежный сейф для вашей цифровой жизни», — сказал Гу. «Хранение ДНК может защитить все: от личных воспоминаний и важных документов до научных данных и корпоративных архивов — без дополнительных проблем с кибербезопасностью».

В то время как многие исследовательские группы продвигают разработку систем хранения данных на основе ДНК, работа Университета Миссури приближает эту область к созданию практичной, перезаписываемой системы — ключевой вехи на пути к тому, чтобы ДНК стала долгосрочной заменой некоторым из современных энергоемких технологий хранения данных.