Przystanek nauka - portal Uniwesytetu Śląskiego w Katowicach

Za pomocą smartfonu można sprawdzić w internecie najnowsze informacje, przesyłać wideo, działać na Facebooku, czytać tweety i słuchać muzyki. Ale wszystkie te dane nie są przechowywane w telefonie. Są one przechowywane gdzie indziej, być może na drugim końcu świata. Do tej pory firmy takie jak Microsoft, Amazon i Facebook przechowywały tych danych na taśmach magnetycznych lub innych mediach. Jest to nieustannie powiększająca się biblioteka danych, która zajmuje dużo miejsca w obszernych centrach danych. I nawet najlepsze nośniki „żyją” tylko kilka dekad. Później trzeba je wymienić. Ale może być lepszy sposób na utrzymanie i pilnowanie informacji, twierdzą niektórzy naukowcy. Przechowywanie i pobieranie jej z… DNA.

DNA przechowuje informację genetyczną, która mówi każdej komórce wewnątrz żywej istoty, co ma robić. Każda strona skręconej helisy cząsteczki DNA jest wykonana z czterech chemicznych sekwencji. Są one nazywane nukleotydami i funkcjonują pod nazwami: A, T, C i G (litery oznaczają adeniny, tyminy, cytozyny i guaniny). W różnych kombinacjach, te litery stanowią kod naszych genów.

Komputery obecnie przechowują dane w systemie 0 i 1. Jednak dane również mogą być zapisywane za pomocą czterech sekwencji DNA, twierdzi Luis Ceze, architekt komputerowy na University of Washington w Seattle. Bada on, jak komputery i systemy informacyjne powinny być zaprojektowane i jak powinny funkcjonować. Laboratoria mogą wykonać nici syntetycznego DNA. Zapisane sekwencje nukleotydów, mogą być wykorzystane w podobny sposób, jak system binarny. Następnie odpowiednie urządzenie może tłumaczyć te sekwencje wzdłuż nici DNA. W ten sposób może dekodować oryginalne dane.

DNA może przechowywać wiele informacji w małej przestrzeni. W teorii, objętość DNA wielkości kostki cukru mogła pomieścić tak dużo danych, co duże centrum handlowe. Ponadto w przeciwieństwie do taśmy magnetycznej DNA może „przeżyć” bez zmian przez tysiące lat.

Prace nad przechowywania danych na DNA rozpoczęły się rok temu. Zespół Luisa Ceze’a dodaje, że zastosowana metoda znana jest pod nazwą „random access”(jest to sposób przechowywania i pobierania poszczególnego pliku danych bezpośrednio bez względu na to, gdzie jest on przechowywany na nośniku, zamiast kodowania lub dekodowania całego korpusu danych). Metoda ta oferuje drogę do znalezienia konkretnego pliku. Każdy plik danych dostaje swój unikalny „adres”. To działa w taki sam sposób, jak adres zamieszkania: numer domu, nazwa ulicy i kod pocztowy. Naukowcy dodają adresy cyfrowe prowadzące do każdej nici DNA przechowujące dane konkretnego pliku.

Aby wyszukać określony plik w dużej ilości DNA, zespół z Seattle wykorzystuje narzędzie o nazwie PCR. Jest to skrót od polimerazowej (Puh-LIM-er-ASE) reakcji łańcuchowej. To proces biochemiczny polegający na wielokrotnym kopiowaniu określonych sekwencji DNA (metoda powielania łańcuchów DNA polega na łańcuchowej reakcji polimerazy DNA w wyniku wielokrotnego podgrzewania i oziębiania próbki w warunkach laboratoryjnych).

Podobna, ale nieco inna technika kopiuje geny sformułowane przez DNA w komórce. Technika ta nazywana jest odwrotną transkryptazą PCR. Podobnie jak w zwykłej reakcji PCR, kopiuje materiał genetyczny, aby inne techniki mogły określić aspekty genów lub dopasować je do znanych genów.

Oczywiście metoda ta nie jest idealna. Tworzenie i kopiowanie dużych ilości DNA jest trudne do dokładnego kontrolowania. Dlatego też zespół naukowców pracował również nad sposobem poradzenia sobie z błędami. Jeżeli dane zostały zakodowane w fałszywym DNA, zachodzące na siebie części każdej sekcji przejdą na trzy oddzielne nici DNA. W celu dekodowania pliku, komputer potrzebuje danych z co najmniej dwóch z trzech pasm. W ten sposób, nawet jeśli jedna nić zawiera błędy, pozostałe dwa pasma nadal zachowają dane.

Opracowano na podstawie:
DNA can now store images, video and other types of data