Co je úložiště dat DNA? Je to budoucnost úložiště?

V průběhu desetiletí se technologie ukládání vyvíjela a zdokonalovala. Přešel z CD a disket na pevné a SSD disky. Ale přesto máme problém: množství dostupného a vytvářeného úložiště se nedokáže vyrovnat s daty, která neustále produkujeme.

Vyřešilo by tedy úložiště DNA problém? Mohou být data uložena v DNA?

Co je úložiště dat DNA?

Ukládání dat DNA je proces použití molekul DNA jako paměťového média. Na rozdíl od dnes přítomných optických a magnetických forem úložných technologií nebudou data DNA ukládána v binárních číslicích (tj. 1s a 0s). Místo toho by byly zakódovány do nukleotidových bází DNA (A, C, G, T) a uloženy. Tyto řetězce jsou pak v případě potřeby převedeny na binární číslice.

V současné době existuje více než 11 bilionů gigabajtů dat, přičemž každý den přibývá nejméně 2,5 milionu gigabajtů. Média pro ukládání dat dostupná ve světě nemohou držet krok s tímto masivním nárůstem. Skladování DNA je jedním z řešení tohoto problému skladování.

Jak funguje ukládání dat DNA?

DNA je zkratka pro deoxyribonukleovou kyselinu. Je to složitá organická molekula, která nese genetickou informaci živého tvora. Nachází se u všech lidí a uchovává informace, jako je barva pleti, barva očí, výška a další fyzické a biologické vlastnosti.

Spirála DNA má několik a střídající se páry čtyř jedinečných bází. Jsou to adenin (A), guanin (G), cytosin (C) a thymin (T). Tyto báze jsou připojeny ke spirále DNA v párech, nazývaných páry bází. Dva páry bází jsou adenin-thymin a guanin-cytosin.

Data jsou u tradičních počítačů uložena v binárních číslicích (1s a 0s). Při ukládání dat DNA ukládají a kódují data čtyři nukleotidové báze (A, C, G, T). Informace jsou uloženy v permutacích tří nukleotidových bází, nazývaných kodony.

Ukládání DNA zahrnuje tři procesy: kódování dat, jejich syntézu a ukládání a dekódování. Binární kódy obsahující informace jsou přeloženy do kódů DNA nebo kodonů pomocí algoritmu. Poté jsou uloženy v kontejneru v chladném a regulovaném prostředí. DNA nesoucí informaci lze zmrazit v roztoku, uložit jako kapičky nebo uložit na silikonové čipy.

Vědci pracují na tom, aby čtení úložiště DNA bylo rychlejší a levnější. Od nynějška musí být data uložená v DNA přenesena do laboratoře, aby byla dekódována na bezchybnou binární informaci, a to trvá dlouho.

Jako takové může nějakou dobu trvat, než se zařízení pro ukládání dat DNA stanou snadno dostupnými levnými zařízeními, které bude veřejnost používat.

V oblasti technologie uchovávání DNA probíhá další výzkum a stávající metody uchovávání zatím jen tak nepřekoná. Ale za pár let, jak bude učiněn další výzkum a technologické průlomy, budou data uložena v DNA, což vyřeší problémy vesmíru, bezpečnosti a degradace.

Jaká je kapacita úložiště dat DNA?

Ukládání dat DNA je preferovaným řešením problému s nedostatkem úložného prostoru, protože dokáže uložit velké množství dat na velmi malém prostoru. Jeden gram DNA pojme 215 petabajtů dat. Petabajt je 1 024 terabajtů. Na jeden gram DNA se tedy vejde přibližně 220 160 terabajtů.

Porovnejte to se současnou technologií: jeden terabajtový pevný disk váží přibližně 400 gramů. Takže k uložení ekvivalentního množství dat, které uchová jeden gram DNA, potřebujete více než 88 milionů gramů pevných disků.

S těmito informacemi vědci tvrdí, že všechna data na světě se právě teď vejdou do krabice od bot pomocí úložiště dat DNA.

Jaké jsou výhody ukládání dat DNA?

Použití úložiště DNA jako paměťového média přináší mnoho výhod oproti digitálnímu ukládání. Poskytuje vysokou kapacitu úložiště dat, podstatně delší životnost než jiné formy úložiště, kompaktnost, nízkou náchylnost k technickým a elektrickým poruchám a replikovatelnost.

Skladovací hustota

Hlavní výhodou úložiště DNA oproti jiným paměťovým médiím je hustota úložiště. I když ty ukládejte svá data vzdáleně na cloud nebo NASjsou stále uloženy na velkých serverech a datových centrech. Tato datová centra jsou velká jako fotbalové stadiony a jejich výstavba a údržba stojí miliardy dolarů. S ukládáním dat DNA to není stejné.

Úložiště dat DNA vám umožňuje ukládat obrovské množství dat na velmi kompaktním prostoru. Tím se snižují problémy s prostorem, náklady na údržbu a nedostatkem skladovacích zařízení.

Trvanlivost

Digitální úložná zařízení, která jsou dnes k dispozici, nejsou ani zdaleka tak odolná. Všechny jsou náchylné k rozkladu a degradaci. Digitální rozpad je postupný rozklad dat uložených v počítači, která každý rok postihne miliony lidí.

DNA má poločas rozpadu 500 let. Při uložení v optimálním a regulovaném prostředí mohou být data uložená v DNA dostupná stovky let.

Replikovatelnost

Kvůli degradaci dat musí být data v datových centrech po určité době zkopírována a přenesena na jiný hardware, aby se zachovaly uložené informace. Tento proces je často těžkopádný.

Data uložená v DNA lze snadno replikovat. Jednou z metod, kterou vědci testovali, je vložení DNA s uloženými informacemi do bakterie. Tato bakterie se pak rozmnožuje—na jeho vlastní—další generace bakterií, které mají stejné informace uložené v první DNA bez jakýchkoli chyb nebo ztrát.

Je úložiště dat DNA budoucností úložiště?

Zcela upřímně, ano. Ukládání dat DNA jistě zaškrtne všechna políčka řešení dnešních problémů s úložištěm. Již dnes jej využívají společnosti, které chtějí uchovat rozsáhlé archivy informací, ke kterým není potřeba pravidelně přistupovat.

Bohužel bude ještě nějakou dobu trvat, než se úložiště DNA stane běžnou a dostupnou možností úložiště dostupné veřejnosti. Mezitím musíme pečlivě vybrat nejlepší formát úložiště pro dlouhodobé ukládání dat.

Pevné disky, SSD, Flash disky: Jak dlouho vydrží vaše paměťová média?

Přečtěte si další

O autorovi