Ten komputer DNA rozwiązuje sudoku i przechowuje dane przez tysiąclecia
Naukowcy zademonstrowali pierwszy komputer DNA umożliwiający jednocześnie funkcje przechowywania i przetwarzania danych. Pozwala on m.in. na wielokrotne odzyskiwanie, przetwarzanie, usuwanie lub przepisywanie danych.
Komputery DNA (nazywane też biokomputerami), to jednostki, w których informacja jest zakodowana w postaci łańcuchów DNA, a obliczenia zachodzą dzięki reakcjom chemicznym między jego cząsteczkami. Informacja o pierwszym komputerze DNA pojawiła się w marcu 2002 r. w magazynie Nature, a mowa o modelu skonstruowanym pod kierunkiem Ehuda Shapiro w Instytucie Weizmanna, który mógł diagnozować komórkę nowotworową i podawać jej lek.
Komputery DNA mogą przechowywać dane przez miliony lat
Od tego czasu wiele się zmieniło i wystarczy tylko spojrzeć na najnowsze osiągnięcie, które przybliża nas do komputerów DNA zdolnych do jednoczesnego przetwarzania danych i przechowywania ogromnej ilości danych przez tysiące, a nawet miliony lat. Bo choć nie wszyscy zdają sobie z tego sprawę, każda komórka naszego organizmu może pomieścić ok. 800 MB danych, a że składamy się z ich bilionów, to jesteśmy wręcz chodzącym centrum danych.
Nic więc dziwnego, że naukowcy pracują nad wykorzystaniem tego niezwykle wydajnego naturalnego systemu przechowywania danych. Jest tylko jeden problem - DNA jest delikatne i niezawodne zapisywanie, odczytywanie, przenoszenie i przetwarzanie zawartych w nim informacji może być wyzwaniem. A przynajmniej była, bo naukowcy przekonują w nowym badaniu, że opracowali system, który uporał się z tymi przeszkodami - kluczem okazał się miękki materiał polimerowy, działający jak rusztowanie dla DNA, które można odwodnić w celu długotrwałego przechowywania i ponownie nawodnić w celu odzyskania.
Stworzyliśmy struktury polimerowe, które nazywamy dendrykoloidami - zaczynają się one w mikroskali, ale rozgałęziają się od siebie w sposób hierarchiczny, tworząc sieć włókien w skali nano. Ta morfologia tworzy strukturę o dużej powierzchni, która pozwala nam osadzać DNA wśród nanofibryli bez poświęcania gęstości danych, która sprawia, że DNA jest przede wszystkim atrakcyjne do przechowywania danych
10 milionów GB na przestrzeni wielkości kostki cukru
Technika ta umożliwia przechowywanie danych z niewiarygodnie dużą gęstością, tj. 10 PB na cm3. Inaczej mówiąc, to 10 milionów GB na powierzchni wielkości kostki cukru! Dendrykoloid może lepiej trzymać się plików niż nagie DNA i może przejść ponad 170 cykli odwodnienia/nawodnienia w porównaniu do 60 cykli z nagim DNA. Podobnie jak inne techniki gromadzenia danych DNA, metoda ta może dobrze nadawać się do długoterminowego przechowywania archiwalnego.
Naukowcy przewidują, że okres półtrwania DNA przechowywanego na nanofibrylach polimerowych będzie wynosić około 6000 lat w lodówce o temperaturze 4°C i nawet 2 miliony lat w przypadku zamrożenia w temperaturze -18°C. A jak to konkretnie działa? Aby zapisać dane w DNA, algorytmy najpierw przekształcają je w sekwencje kwasów nukleinowych - znane litery kodu DNA ACGT. Konkretne informacje można uzyskać za pomocą cząsteczek RNA, które kopiują dane z DNA, a następnie sekwencjonują RNA.
Oznacza to, że nie trzeba niszczyć DNA, aby je odczytać, w przeciwieństwie do niektórych istniejących technik gromadzenia danych DNA. Nowy system pozwala także na obliczenia bezpośrednio w DNA przy użyciu enzymów, co zostało zademonstrowane poprzez system uproszczonych zadań w szachach i sudoku.
Możemy skopiować informacje DNA bezpośrednio z powierzchni materiału, nie uszkadzając DNA. Możemy także wymazać wybrane fragmenty DNA, a następnie zapisać je ponownie na tej samej powierzchni, na przykład usuwając i przepisując informacje przechowywane na dysku twardym. Zasadniczo pozwala nam to na wykonywanie pełnego zakresu funkcji przechowywania i przetwarzania danych DNA
***
Bądź na bieżąco i zostań jednym z 90 tys. obserwujących nasz fanpage - polub Geekweek na Facebooku i komentuj tam nasze artykuły!
***
Co myślisz o pracy redakcji Geekweeka? Oceń nas! Twoje zdanie ma dla nas znaczenie.
