Ludzkość ma ogromny problem z przechowywaniem danych. W ciągu ostatnich dwóch lat ludzie stworzyli więcej informacji niż w całej poprzedniej historii. Ten strumień informacji wkrótce przekroczy pojemność dysków twardych.
Naukowcy donoszą, że znaleźli nowy sposób kodowania informacji cyfrowych w DNA. Jeden gram DNA może pomieścić 215 petabajtów (215 milionów gigabajtów) danych. W ten sposób wszystkie informacje, jakie kiedykolwiek stworzył człowiek, zajmą kontener wielkości kilku ciężarówek.
DNA ma wiele zalet w zakresie przechowywania informacji cyfrowych. Jest wyjątkowo kompaktowy i może być przechowywany przez tysiące lat w chłodnym, suchym miejscu. A ludzie zawsze mogą to rozszyfrować. „DNA nie ulega degradacji z upływem czasu jak kasety czy dyski i nie stanie się przestarzałe” - mówi Yaniv Ehrlich, naukowiec z Columbia University (USA).
Naukowcy zachowują cyfrowe informacje w DNA od 2012 roku, kiedy to genetycy z Harvard University (USA) George Church, Sree Kosuri i ich koledzy zakodowali książkę zawierającą 52 tysiące słów na tysiące fragmentów DNA, używając nici z czteroliterowego alfabetu - A, G, T i C aby zakodować zera i jedynki w zdigitalizowanym pliku.
Ten system szyfrowania był stosunkowo nieskuteczny i mógł przechowywać tylko 1,28 petabajtów na gram DNA. Inne podejścia sprawdziły się lepiej. Ale żaden nie pozwolił DNA zachować więcej niż połowę swojej maksymalnej pojemności. DNA może wytrzymać około 1,8 bitów na nukleotyd DNA (liczba nie osiąga 2 bitów z powodu rzadkich, ale nieuniknionych błędów odczytu i zapisu).
Ehrlich zdecydował, że zbliży się do tego limitu. Dlatego on i Dina Zilinski zwrócili się do algorytmów używanych do szyfrowania i odszyfrowywania informacji. Zaczęli od 6 plików, które obejmowały kompletny system operacyjny komputera, wirus komputerowy, francuski film z 1895 r. Pt. Przybycie pociągu do La Ciotat oraz badanie z 1948 r. Autorstwa teoretyka Claude'a Shannona. Najpierw naukowcy przekonwertowali pliki na ciągi binarne jedynek i zer, skompresowali je do jednego pliku podstawowego, a następnie podzielili dane na krótkie ciągi kodu binarnego. Opracowali algorytm zwany „Fontanną DNA”, który losowo upakowuje łańcuchy w tak zwane „kropelki”. Naukowcy dodali do nich dodatkowe znaczniki, aby można było je później odbudować we właściwej kolejności. W sumie naukowcy wygenerowali cyfrową listę 72 tysięcy nici DNA,każdy o długości 200 znaków.
Film promocyjny:
Wysłali je jako pliki tekstowe do startupu Twist Bioscience w Kalifornii, gdzie zsyntetyzowali nici DNA. Dwa tygodnie później Ehrlich i Zilinski otrzymali pocztą ampułkę z fragmentem DNA, w której zaszyfrowano ich pliki. Aby je rozszyfrować, naukowcy wykorzystali nowoczesną technologię sekwencjonowania DNA. Sekwencje zostały przesłane do komputera, który przetłumaczył kod genetyczny z powrotem na binarny i wykorzystał znaczniki do ponownego złożenia sześciu oryginalnych plików. Technologia działała tak dobrze, że nowe pliki były wolne od błędów.
Jednak Kosuri i Ehrlich zauważyli, że nowe podejście nie jest gotowe do zastosowania na dużą skalę. Wydali 7 tysięcy dolarów na zsyntetyzowanie 2 megabajtów informacji w plikach i kolejne 2 tysiące dolarów na ich odczytanie. W porównaniu z innymi formami przechowywania danych zapisywanie i odczytywanie z DNA przebiega stosunkowo wolno.