DNA saa keinotekoisen päivityksen ihmiskunnan rajattoman digitaalisen tiedon tallentamiseksi

Voidaanko kaikki ihmiskunnan tiedot siirtää synteettisiin DNA-säikeisiin?

Getty/Yuichiro Chino

Muutaman viime vuoden aikana ihmiskunta on luonut enemmän dataa kuin koko historian aikana yhteensä – huomattava tuotantotaso ilman merkkejä hidastumisesta. Mutta mihin me laitamme sen kaiken?

Vaikka tiedemiehet lisäävät jatkuvasti kiintolevyn kokoa säilyttääkseen ihmiskunnan tiedon, ja monet heistä uskovat, että tämä voidaan tehdä loputtomiin, jotkut uskovat, että nämä ponnistelut ohittavat lopulta tiedon räjähdysmäisen nopeuden. Vastauksena tällaisiin huoliin tiedemiehet ovat etsineet varsin ainutlaatuista ratkaisua – tiedostojen, valokuvien ja asiakirjojen tallentamista luonnon omaan tietokantaan: DNA:han.

DNA on sekä laaja että tiivistetty tarpeeksi sisältääkseen käsittämättömän määrän dataa hyperpienissä tiloissa. Loppujen lopuksi kaksoiskierresäikeet suojaavat kehomme kaikkia piirustuksia, kun ne ovat vain 10 mikrometriä leveiden soluytimien sisällä. Lisäksi DNA:ta on luonnostaan ​​runsaasti ja se kestää erittäin ankarat olosuhteet maan päällä. Tiedemiehet voivat jopa hakea geneettistä tietoa useita vuosisatoja vanhasta DNA:sta.

“Internetissä syntyy joka päivä useita petatavuja dataa. Vain yksi gramma DNA:ta riittäisi tallentamaan tiedot. Näin tiheä DNA on tallennusvälineenä”, Kasra Tabatabaei, tutkija Beckman Institute for Advanced Sciencesta. and Technology, sanoi lausunnossa.

Tabatabaei on mukana kirjoittamassa uutta tutkimusta, joka julkaistiin Nano Letters -lehden viime kuun numerossa ja joka saattaa hyvinkin viedä DNA-tietojen tallennuskonseptin suuriin korkeuksiin. Pohjimmiltaan tutkimusryhmä on ensimmäinen, joka laajentaa keinotekoisesti DNA-aakkostoa, mikä voisi mahdollistaa massiivisen tallennuskapasiteetin ja melko äärimmäisen tason digitaalista dataa.

Ennen kuin sukeltaamme yksityiskohtiin, tässä on lyhyt biologinen yhteenveto.

DNA koodaa geneettistä tietoa neljällä molekyylillä, joita kutsutaan nukleotideiksi. On adeniinia, guaniinia, sytosiinia ja tymiiniä tai A, G, C ja T. DNA:ssa on tietyssä mielessä nelikirjaiminen aakkoset, ja eri kirjainyhdistelmät edustavat erilaisia ​​datan bittejä. Vain näillä neljällä kirjaimella luonto voi koodata jokaisen elävän organismin geneettisen tiedon. Joten teoriassa meidän pitäisi pystyä tallentamaan paljon digitaalista dataa myös tämän kirjeryhmän kanssa. Mutta entä jos meillä olisi pidemmät aakkoset? Oletettavasti se antaisi meille paljon syvemmän kapasiteetin.

Tämän ajatuslinjan mukaisesti uuden tutkimuksen takana oleva tiimi lisäsi keinotekoisesti seitsemän uutta kirjainta DNA-valikoimaan. “Kuvittele englannin aakkoset”, Tabatabei sanoi. “Jos sinulla olisi käytössäsi vain neljä kirjainta, voisit luoda vain niin monta sanaa. Jos sinulla olisi täysi aakkoset, voisit tuottaa rajattomasti sanayhdistelmiä. Sama koskee DNA:ta. Sen sijaan, että muuttaisit nollia ja ykkösiä A, G, C ja T, voimme muuntaa nollia ja ykkösiä A:ksi, G:ksi, C:ksi, T:ksi ja tallennusaakkoston seitsemäksi uudeksi kirjaimeksi.”

Lisäksi varmistaakseen, että näihin 11 kirjaimeen koodatut tiedot voidaan palauttaa pyydettäessä, tutkijat loivat myös uuden mekanismin, joka lukee tarkasti synteettisen DNA:n tiedot. Järjestelmä käyttää syväoppimisalgoritmeja ja tekoälyä erottamaan ihmisen tekemät DNA-kirjaimet luonnollisista ja erottamaan kaiken toisistaan.

Kaiken kaikkiaan se tarjoaa erittäin selkeän lukeman DNA:n kirjainyhdistelmistä ja paljastaa siten kaiken sisällä piilevän tiedon.

“Yritimme 77 erilaista 11 nukleotidin yhdistelmää, ja menetelmämme pystyi erottamaan ne kaikki täydellisesti”, Chao Pan, Illinoisin yliopiston Urbana-Champaignin jatko-opiskelija ja tämän tutkimuksen toinen kirjoittaja, sanoi. lausunto, ja “syväoppimiskehys osana menetelmäämme eri nukleotidien tunnistamiseksi on universaali, mikä mahdollistaa lähestymistapamme yleistettävyyden moniin muihin sovelluksiin.”

DNA ei ole ainoa nouseva ja innovatiivinen tapa säilyttää yhdistetyt tiedot. Esimerkiksi Harvardin yliopiston tutkimusryhmä työskentelee neonvärien avulla koodaamaan arvokasta tietoa. Silti Tabatabaei huomautti: “DNA on luonnon alkuperäinen tiedontallennusjärjestelmä. Voimme käyttää sitä kaikenlaisen tiedon tallentamiseen: kuvia, videoita, musiikkia – mitä tahansa.”

Leave a Comment