Суть эксперимента
Исследователи из Колумбийского университета и Нью-Йоркского центра генома использовали алгоритм стриминга видео со смартфонов или планшетов. Видоизменив его, ученые добились того, что информация была сжата и сохранена в четырех нуклеотидных основаниях.
Эксперименты по хранению данных в ДНК приводились и ранее. Однако такой большой объем информации закодировали и прочитали без ошибок впервые.
В этот раз в ДНК сохранили:
- Операционную систему KolibriOS для компьютеров;
- Фильм «Прибытие поезда на вокзал Ла-Сьота» 1896 года – это одна из первых картин, снятых и показанных братьями Люмьер;
- Исследование Клода Шеннона в области теории информации 1948 года;
- Компьютерный вирус;
- Фото с пластинок «Пионера»;
- Код 50-долларовой подарочной карты Amazon.
Все файлы объединили в один, а затем разделили его на строки двоичного кода. Используя алгоритм фонтанных кодов, они конвертировали сочетания 00, 01, 10, 11 в четыре нуклеотидных основания: аденин (А), цитозин (С), гуанин (G) и тимин (Т). Затем для блоков добавили метки и сохранили в виде 72 тыс. цепочек ДНК – примерно по 200 оснований в каждой.
Данные в текстовом файле передали специалистам компании Twist Bioscience. Те за две недели синтезировали ДНК – превратили цифровую информацию в пробирку с молекулами.
Для расшифровки данных ученые использовали технологии секвенирования, ПЦР (полимеразную цепную реакцию) и специальное программное обеспечение. Данные восстановили без ошибок.
Исследователи подчеркивают, что ДНК является идеальной средой для хранения информации. Специалисты из Гарвардского университета в 2012 году установили, что 1 кубический миллиметр ДНК может хранить 5,5 петабайт данных. Сейчас в грамме ДНК разместили 215 петабайт – в 100 раз больше, чем раньше. Важно, что доступ к информации, закодированной в ДНК, сохраняется на протяжении сотен тысяч лет – многочисленные археологические находки тому подтверждение.
К слову, первым хранить информацию в ДНК предложил советский физик Михаил Нейман. Статья об олигонуклеотидах Неймана была опубликована в 1964 году в журнале «Радиотехника».
Для синтеза ДНК с 2 МБ данных ученым потребовалось 7 тыс. долларов, для расшифровки – 2 тыс. Чтобы удешевить процесс, ученые предлагают использовать молекулы более низкого качества. Восстанавливать данные и исправлять ошибки можно за счет особых способов кодирования.
