Čo je uchovávanie údajov DNA? Je to budúcnosť skladovania?

V priebehu desaťročí sa technológia ukladania vyvíjala a zlepšovala. Z CD a diskiet sa presunul na pevné a SSD disky. Stále však máme problém: množstvo dostupného a vytváraného úložiska sa nedokáže vyrovnať s údajmi, ktoré neustále vytvárame.

Vyriešilo by teda skladovanie DNA problém? Môžu byť údaje uložené v DNA?

Čo je uchovávanie údajov DNA?

Ukladanie údajov DNA je proces používania molekúl DNA ako pamäťového média. Na rozdiel od optických a magnetických foriem úložných technológií, ktoré sú dnes prítomné, nebudú údaje o DNA uložené v binárnych čísliciach (t. j. 1s a 0s). Namiesto toho by boli zakódované do nukleotidových báz DNA (A, C, G, T) a uložené. Tieto vlákna sa potom v prípade potreby prevedú na binárne číslice.

V súčasnosti existuje viac ako 11 biliónov gigabajtov dát, pričom každý deň pribúda najmenej 2,5 milióna gigabajtov. Médiá na ukladanie údajov dostupné vo svete nedokážu držať krok s týmto masívnym nárastom. Skladovanie DNA je jedným z riešení tohto problému skladovania.

Ako funguje uchovávanie údajov DNA?

DNA znamená deoxyribonukleovú kyselinu. Je to zložitá organická molekula, ktorá nesie genetickú informáciu živej bytosti. Nachádza sa u všetkých ľudí a uchováva informácie, ako je farba pleti, farba očí, výška a ďalšie fyzické a biologické vlastnosti.

Špirála DNA má viacero a striedajúcich sa párov štyroch jedinečných báz. Sú to adenín (A), guanín (G), cytozín (C) a tymín (T). Tieto bázy sú pripojené k špirále DNA v pároch, ktoré sa nazývajú páry báz. Dva páry báz sú adenín-tymín a guanín-cytozín.

Dáta sú v tradičnom výpočte uložené v binárnych čísliciach (1s a 0s). Pri ukladaní údajov DNA štyri nukleotidové bázy (A, C, G, T) ukladajú a kódujú údaje. Informácie sú uložené v permutáciách troch nukleotidových báz, nazývaných kodóny.

Uchovávanie DNA zahŕňa tri procesy: kódovanie údajov, ich syntézu a ukladanie a ich dekódovanie. Binárne kódy obsahujúce informácie sa prekladajú do kódov DNA alebo kodónov pomocou algoritmu. Potom sa uložia do nádoby v chladnom a regulovanom prostredí. DNA nesúca informácie môže byť zmrazená v roztoku, uložená ako kvapôčky alebo uložená na silikónových čipoch.

Vedci pracujú na tom, aby čítanie DNA bolo rýchlejšie a lacnejšie. Odteraz sa údaje uložené v DNA musia preniesť do laboratória, aby sa dekódovali na bezchybnú binárnu informáciu, a to trvá dlho.

Preto môže chvíľu trvať, kým sa zariadenia na ukladanie údajov DNA stanú ľahko dostupnými lacnými zariadeniami, ktoré bude verejnosť používať.

V oblasti technológie ukladania DNA prebieha ďalší výskum, ktorý však ešte len tak ľahko nezvrhne existujúce metódy ukladania. Ale o pár rokov, keď sa budú robiť ďalšie výskumy a technologické objavy, budú údaje uložené v DNA, čím sa vyriešia problémy vesmíru, bezpečnosti a degradácie.

Aká je kapacita úložiska dát DNA?

Ukladanie údajov DNA je preferovaným riešením problému nedostatku úložného priestoru, pretože dokáže uložiť veľké množstvo údajov na veľmi malom priestore. Jeden gram DNA dokáže uložiť 215 petabajtov dát. Petabajt je 1 024 terabajtov. Takže jeden gram DNA dokáže uložiť približne 220 160 terabajtov.

Porovnajte to so súčasnou technológiou: 1 terabajtový pevný disk váži približne 400 gramov. Takže na uloženie ekvivalentného množstva údajov, ktoré uchová jeden gram DNA, potrebujete viac ako 88 miliónov gramov pevných diskov.

S týmito informáciami výskumníci tvrdia, že všetky údaje na svete sa práve teraz zmestia do krabice od topánok pomocou ukladania údajov DNA.

Aké sú výhody uchovávania údajov o DNA?

Používanie úložiska DNA ako pamäťového média má oproti digitálnemu úložisku mnoho výhod. Poskytuje vysokú kapacitu ukladania dát, podstatne dlhšiu životnosť ako iné formy ukladania, kompaktnosť, nízku náchylnosť na technické a elektrické poruchy a replikovateľnosť.

Skladovacia hustota

Hlavnou výhodou ukladania DNA oproti iným pamäťovým médiám je hustota ukladania. Aj keď ty uložte svoje dáta na diaľku v cloude alebo NASsú stále uložené na veľkých serveroch a dátových centrách. Tieto dátové centrá sú veľké ako futbalové štadióny a ich výstavba a údržba stojí miliardy dolárov. Nie je to rovnaké s ukladaním údajov o DNA.

Ukladanie údajov DNA vám umožňuje ukladať obrovské množstvá údajov na veľmi kompaktnom priestore. Tým sa znižujú problémy s priestorom, nákladmi na údržbu a nedostatkom skladovacích zariadení.

Trvanlivosť

Digitálne úložné zariadenia, ktoré sú dnes k dispozícii, nie sú ani zďaleka odolné. Všetky sú náchylné na rozklad a degradáciu. Digitálny rozpad je postupný rozklad údajov uložených v počítači, ktorá každoročne postihuje milióny ľudí.

DNA má polčas rozpadu 500 rokov. Ak sú údaje uložené v optimálnom a regulovanom prostredí uložené v DNA, môžu byť dostupné stovky rokov.

Replikovateľnosť

Kvôli degradácii údajov musia byť údaje v dátových centrách po určitom čase skopírované a prenesené na iný hardvér, aby sa zachovali uložené informácie. Tento proces je často ťažkopádny.

Dáta uložené v DNA sa dajú ľahko replikovať. Jednou z metód, ktorú vedci testovali, je vloženie DNA s uloženými informáciami do baktérie. Táto baktéria sa potom rozmnožuje—na vlastnú päsť—inej generácie baktérií, ktoré majú rovnaké informácie uložené v prvej DNA bez akýchkoľvek chýb alebo straty.

Je uchovávanie údajov DNA budúcnosťou ukladania?

Úprimne povedané, áno. Ukladanie údajov DNA určite zaškrtáva všetky možnosti riešenia dnešných problémov s ukladaním. Už dnes ho využívajú spoločnosti, ktoré chcú zachovať rozsiahle archívy informácií, ku ktorým nie je potrebné pravidelne pristupovať.

Bohužiaľ, potrvá ešte nejaký čas, kým sa ukladanie DNA stane bežnou a cenovo dostupnou možnosťou ukladania pre verejnosť. Medzitým musíme starostlivo vybrať najlepší formát úložiska na dlhodobé ukladanie údajov.

Pevné disky, SSD, flash disky: Ako dlho vydržia vaše pamäťové médiá?

Prečítajte si ďalej

O autorovi