ДНК может быть использована для надежного хранения огромных объемов цифровых данных.
Однако до сих пор извлечение или манипулирование конкретными данными, встроенными в эти молекулы, представляло собой сложную задачу. Недавно ученые из французского Института промышленной науки (CNRS) и Токийского университета разработали новый метод на основе ферментов, который дает первые подсказки о том, как можно преодолеть эти технические препятствия. Их исследование было недавно опубликовано в журнале Nature.
Природа, несомненно, разработала лучший метод для хранения больших данных: ДНК. На основе этих знаний ДНК используется для хранения цифровых данных путем перевода двоичных (0 или 1) значений в одну из четырех различных "букв" ДНК (A, T, C или G). Но как можно провести поиск в базе данных, закодированных в ДНК, чтобы обнаружить определенную информацию? И как можно выполнять вычисления, используя данные, закодированные в ДНК, без предварительного преобразования их в электронную форму? Именно на эти вопросы пытаются ответить исследовательские группы из лабораторий CNRS и Токийского университета. Они экспериментируют с новым подходом, используя ферменты, искусственные нейроны и нейронные сети для прямых операций с данными ДНК.
В частности, исследователи использовали реакции трех ферментов для создания химических "нейронов", которые воспроизводят архитектуру сети и способность к сложным вычислениям, присущую настоящим нейронам. Их химические нейроны могут выполнять вычисления с данными на нитях ДНК и выражать результаты в виде флуоресцентных сигналов. Авторы также изобрели инновационную технологию, собрав два слоя искусственных нейронов для усовершенствования вычислений. Точность еще больше повышается благодаря микрофлюидной миниатюризации реакций, позволяющей проводить десятки тысяч реакций. Плод десятилетнего сотрудничества французских биохимиков и японских инженеров по микрофлюидике, эти открытия в конечном итоге могут позволить улучшить скрининг некоторых заболеваний, а также манипулировать гигантскими базами данных, закодированными в ДНК.
В условиях отсутствия воды, воздуха и света ДНК может сохраняться в течение сотен тысяч лет без каких-либо затрат энергии. А хранясь в капсуле диаметром в несколько сантиметров, она может вместить до 500 терабайт цифровых данных. Ожидается, что к 2025 году общий объем цифровых данных, создаваемых человеком, достигнет 175 зеттабайт. Поскольку существующие носители информации относительно громоздки, хрупки и энергоемки, ДНК может стать жизнеспособной альтернативой, способной вместить все существующие данные в объеме коробки из-под обуви.
