Этот подход может со временем сделать использование ДНК для хранения данных более экономичным и быстрым по сравнению с традиционными способами, применяемыми для записи информации в синтетические ДНК-цепочки.
Исследование было проведено учеными из Пекинского университета под руководством биоинформатика Лонг Цяня. Новый метод оказался настолько доступным, что 60 добровольцев, не имеющих опыта работы с ДНК, смогли использовать его для кодирования собственного текста, что продемонстрировало простоту и эффективность подхода. «Многие участники сначала не верили, что метод сработает, но, увидев закодированную последовательность и получив точный текст обратно, начали верить в возможности этого подхода», — поделилась Лонг Цянь.
ДНК, обладающая огромной информационной емкостью, вызывает интерес ученых в качестве замены привычных электронных носителей, которые не справляются с ростом объемов данных. Электронные накопители требуют регулярной замены из-за риска потери данных и имеют ограниченный срок службы. ДНК, напротив, может хранить информацию сотни тысяч лет, если защищена от влаги и ультрафиолета.
Традиционный метод хранения информации в ДНК заключается в синтезе новых цепочек, кодирующих данные. Однако это процесс крайне затратный и длительный, уступающий электронному хранению по стоимости на несколько порядков. В поисках более экономичного метода ученые обратились к эпигеному — молекулам, которые контролируют активность генов, не изменяя последовательности самой ДНК. Так, например, метильные группы могут прикрепляться к ДНК и изменять ее свойства.
Для записи информации Цянь и ее коллеги разработали систему, в которой короткие фрагменты ДНК, уже оснащенные метильными группами или без них, добавляются в реакционную трубку и создают цепочку ДНК, записывая информацию в двоичном формате. Присутствие метильной группы в цепочке соответствует «1», а ее отсутствие — «0». При чтении данных метод позволяет идентифицировать метильные группы, превращая информацию обратно в двоичный код.
Такая методика позволяет снизить затраты на синтез ДНК и ускорить процесс хранения информации. Использование уже готовых фрагментов ДНК с метильными группами, как отметили ученые, может сделать метод экономичным при масштабном применении. Это станет важным шагом к созданию системы, способной работать с большими объемами данных.
В рамках исследования Цянь и ее команда продемонстрировали метод, зашифровав изображения — рисунок тигра из эпохи Хань и цветную фотографию панды на фоне зеленой природы. Изображения были закодированы в виде почти 270 тысяч нулей и единиц, а затем успешно прочитаны.
На данный момент стоимость хранения данных в ДНК остается высокой, и технология еще нуждается в усовершенствовании, чтобы конкурировать с электронными накопителями. «Наука о хранении данных в ДНК только начинает свой путь, но будущее требует таких прорывных технологий», — отметил физик Николас Гайз из Технологического института Джорджии.
Ранее стало известно, отличаются ли ДНК близнецов