В пробе ДНК в пипетке (розовый след) можно хранить около 9 ТБ данных
Сотрудники исследовательского подразделения Microsoft и команда ученых из Вашингтонского университета смогли успешно сохранить в ДНК ряд изображений, а затем считать эту информацию без ошибок. Всего в работе использовалось четыре графических файла, размер которых составлял от 5 до 24 КБ. Предварительные результаты своей работы специалисты опубликовали в ASPLOS.
Почему в качестве носителя информации выбрали ДНК? Дело в том, что запись данных здесь можно вести с очень высокой плотностью. По предварительным подсчетам, эксабайт данных может быть сохранен в объеме кубического миллиметра. Кроме того, ДНК — «долгожитель» в мире носителей информации. Срок хранения данных на таком носителе составляет 500 лет и больше. Правда, процесс считывания и записи технически сложен и дорог, но с течением времени и эти две проблемы могут быть решены.
Процесс записи и считывания информации с использованием ДНК
Сейчас вопрос поиска новых типов носителей информации стоит как никогда остро. Цифровая вселенная быстро расширяется, и к 2020 году ученые предсказывают увеличение общего объема хранимой человечеством информации до 44 триллионов гигабайт. Не всякую информацию, генерируемую человеком, можно назвать полезной и нужной, но место она занимает. Причем генерируется информация быстрее, чем производятся носители.
Ли Органик (Lee Organic), член команды исследователей, готовит смесь проб ДНК для записи информации. В каждой «пробирке» может быть котик или симфония Чайковского (источник: Tara Brown Photography/ University of Washington)
Молекулы ДНК могут хранить информацию сотни лет, как уже говорилось выше, а плотность записи данных в десятки тысяч раз выше, чем в случае обычных SSD, жестких дисков, оптических накопителей. Причем все это «железо» приходит в негодность гораздо быстрее, чем ДНК.
Команда ученых разработала способ записи последовательностей единиц и нулей при помощи блоков последовательностей ДНК — аденина, гуанина, цитозина и тимина. Единицей хранения является последовательность примерно из 200 нуклеотидов, с объемом информации в 50-100 бит. Для хранения больших массивов данных используется множество фрагментов, собранных в единый пул. Архитектура, используемая для хранения — это ключ-значение. А в качестве ключа для получения данных используются праймеры полимеразной цепной реакции. Эти праймеры указывают на те фрагменты ДНК, где хранится записанная информация.
Стоит отметить, что при использовании технологии записи информации на ДНК возможны ошибки, вероятность их не так и мала — около процента. Поэтому ученые работали с модифицированным кодированием Голдмэна. Такой тип записи позволяет восстанавливать третий фрагмент ДНК по любым двум другим фрагментам. Таким образом, в такую систему вводится «запас прочности», такой принцип хранения данных использует избыточность для увеличения точности считывания информации. Хранить можно любую информацию, включая текст, изображения, видео.
Всего в процессе записи/чтения было задействовано 45652 последовательности из 120 нуклеотидов.
Комментарии (36)
Vjatcheslav3345
12.04.2016 14:45Внутри организмов — процесс работы химико-биологический а между организмами — передача электромагнитными явлениями (жидкости с днк ну очень долго и неудобно транспортировать по трубам например).
ClearAirTurbulence
12.04.2016 15:11+2Зато очень приятно. «Пойдем в спальню, я тебе сегодняшние фотки солью».
gDaniCh
12.04.2016 15:01И когда это всё начнёт работать, комп вирусы эволюционируют и впрямь станут живыми. Возможно даже смогут заражать людей.
hbf
12.04.2016 16:38прививка компьютеру против эпидемии гриппа
Или, алло, скорая у моего компьютера 39.5, насморк, кашель.
Вообще я давно заметил тенденцию заменять всё биоматериалом. Если посмотреть любой фантастический фильм про будущее, то повсюду киборги с механическими элементами, различного рода технологии основанные на электромеханических приборах. Но если посмотреть в реальность, то органы пытаются заменить не прибором, а вырастить, напечатать итп, и таких примеров не мало, в частности данное достижение поражает воображение, еще 200-300 лет и вполне возможно мы перейдем на полную органику, живые компьютеры, специально разработанный живой мозг с огромным количеством нейронных сетей, для обьёмных вычислений, пробирка хранящая десятки терабайт данных (флешка), биологические скафандры различного назначения, подобные нашей коже, которые не ограничивают движения, сами заживают в местах повреждений и проводят тактильные ощущения и многое другое. Вообщем размечтался)
DrPass
12.04.2016 15:08Надо будет сотрудников исследовательского подразделения Microsoft и команду ученых из Вашингтонского университета познакомить с китайскими учеными, которые корректировали ДНК зиготы.
Vjatcheslav3345
12.04.2016 15:48+1Следующий этап — изготовить биочип для синтеза инсулина или иного лекарства.
Vjatcheslav3345
12.04.2016 16:20-7Старые техпроцессы электроники — на полпути к свалке истории. Интересно, Россия, сможет вернуть здесь приоритет себе?
gearbox
12.04.2016 16:48+4>Интересно, Россия, сможет вернуть здесь приоритет себе?
Ну как раз по электронике у России приоритета никогда особо и не было что бы его возвращать.
kaichou
12.04.2016 16:59> Причем генерируется информация быстрее, чем производятся носители.
Ротацию логов настроить забыли?
stalinets
12.04.2016 19:36Почему говорят, что флешка с ДНК будет намного стабильнее традиционных носителей? А повышенная температура, от которой белки денатурируют? Забыл такую биофлешку на торпеде автомобиля в солнечный день — и всё потеряется, нет?
gearbox
12.04.2016 23:47ДНК — кислота, белки генерируются на основании информации в ней закодированной.
Kapluk
15.04.2016 18:57+1В нашей лаборатории выделяют ДНК, недавно было загрязнение, мыли всеми доступными средствами, обрабатывали ультрафиолетом, возбудителя давно нет в живых, а куски ДНК остались и до сих пор показывают загрязнение. Так что это довольно прочная штука.
ARD8S
12.04.2016 23:12Может быть я ошибаюсь, но при изменении параметров окружающей среды/воздействиях что будет с таким носителем?
Денатурация пока никуда не делась.
kloppspb
13.04.2016 02:50Денатурируются белки.
ДНК, несмотря на свою длиннотищу (реально, одну молекулу можно на палочку намотать и увидеть это глазом) — кислота вполне устойчивая.Vjatcheslav3345
13.04.2016 08:25ДНК И РНК — термически стойкие и восстанавливаемые после нагревания вещества. Меньше стойкость у них к щелочам — http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/87e74361-fdd9-6577-e717-41c1f5a40b59/1011832A.htm
Биомеханизмы имплантируемые человеку можно и нужно делать из его собственной ДНК, РНК. А термостойких роботов и иные устройства, можно делать из кремнийорганики — http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/87e74361-fdd9-6577-e717-41c1f5a40b59/1011832A.htm или из других элементов. Стойкость таких роботов будет такова, что их можно будет смело отправлять в космос или в АЭС — https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D0%BB%D1%8C%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%BD%D0%B0%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%B1%D0%B8%D0%BE%D1%85%D0%B8%D0%BC%D0%B8%D1%8F#.D0.9A.D1.80.D0.B5.D0.BC.D0.BD.D0.B8.D0.B9_.D0.B8_.D0.BA.D0.B8.D1.81.D0.BB.D0.BE.D1.80.D0.BE.D0.B4
Vjatcheslav3345
12.04.2016 23:27Для программистов уже готовы биокомпиляторы — https://geektimes.ru/company/icover/blog/273966/#first_unread
Можно будет таким образом организовать для биочипа связь с внешним миром — позаимствовать у акул и скатов их электрические органы для генерации и чтения информации в виде электричества — непосредственно поверхностью кожи. Электричество, генерируемое кожей, воспринимает девайс, далее — радиоволны, проводники. Назад информация возвращается в обратной последовательности.
horlon
13.04.2016 10:07Как изучение работы с ДНК — полезно, но как изобретение биологических носителей информации — бесперспективно.
Уже существуют технологии намного эффективнее и долговечнее, например: https://geektimes.ru/post/186338/
Большинство из них просто невыгодно для производителей.
Представте, что SSD когда-нибудь избавится от ограчничений количества циклов перезаписи. Фантастика? Нет! Но зачем это производителю? Разработка направлена только на увеличение обьема, но не надежности.
Mii
13.04.2016 16:59| Хранить можно любую информацию, включая текст, изображения, видео.
Включая источник информации
asdfghjk12
14.04.2016 06:16Вот только про скорость записи и считывания — ни слова. Предполагаю, что на запись или чтение этих 151 кБ нужно порядка часа… Это вам не 500 МБ/с с латентностью менее миллисекунды бюджетного SSD…
Vjatcheslav3345
А можно это использовать для создания встраиваемых в человека биокомпьютеров, даже не разрабатывая примитивные отторгаемые железяки из фильмов про киборгов?
ClearAirTurbulence
Можно, только осталось придумать, как записывать\считывать эти данные с достаточной скоростью, потом — как делать это без помощи пипеток, центрифуг и всяческих шкафов, потом — как поместить такую ДНК и весь обслуживающий процесс ввода\вывода аппарат в организм так, чтобы их там никто не съел, ну и интерфейсы с остальным организмом, в т.ч. для питания.