Tým z univerzity v Missouri zkoumá, jak z umělých vláken DNA vytvořit přepisovatelné paměťové jednotky schopné pojmout stovky petabajtů.
Tým amerických vědců chce provést revoluci v oblasti digitálních úložišť pomocí stejné molekuly, která je nositelkou kódu života: deoxyribonukleové kyseliny (DNA). Výzkumníci z univerzity v Missouri navrhli vytvořit pevné disky, známé také jako HDD, které by fungovaly na vláknech syntetické DNA namísto běžných magnetických ploten. Přestože je projekt teprve v počáteční fázi a musí překonat značné překážky, jeho potenciál je mimořádný: úložné jednotky, jejichž kapacita by mohla dosáhnout stovek petabajtů.
Proč DNA překonává tradiční binární úložiště?
Současná paměťová zařízení ukládají všechny informace v binárním kódu, tj. v posloupnostech jedniček a nul. DNA naproti tomu funguje na systému, který bychom mohli nazvat „kvartérní“, protože je založen na čtyřech chemických nukleotidových bázích: adeninu (A), thyminu (T), cytosinu (C) a guaninu (G). Tyto čtyři základní složky každého genetického řetězce lze syntetizovat a dělit a jejich velkou výhodou je, že každá jednotlivá báze odpovídá dvěma bitům informace, na rozdíl od jediného bitu binární číslice. Výsledkem je nesrovnatelně vyšší hustota dat: možné kombinace mezi nukleotidy ATCG daleko převyšují to, co nabízejí skupiny jedniček a nul jakéhokoli pevného disku na trhu.
Jeden gram DNA by mohl obsahovat 215 petabajtů
Ekvivalenci vědci shrnují následovně:
- 1 báze DNA = 2 bity
- 4 báze = 1 bajt
Je třeba poznamenat, že počet bází se u jednotlivých druhů značně liší, přestože DNA je přítomna ve všech živých organismech. Celý lidský genom obsahuje přibližně 3,2 miliardy párů bází, což se zvýší na 6,4 miliardy jednotlivých bází, pokud se započítají obě vlákna slavné dvojité šroubovice.
Při použití poměru dvou bitů na bázi by DNA jedné lidské buňky teoreticky mohla uchovávat přibližně 800 MB informací. Tato kombinace extrémní hustoty a molekulární stability činí z této biomolekuly výjimečný nosič: pouhý jeden gram DNA by mohl pojmout až 215 petabajtů (PB) dat, což je množství, které si lze s běžnou technologií jen těžko představit.
Velká výzva: přepisovatelnost DNA
Odborníci pracující na projektu přiznávají, že výzkum již narazil na značná omezení, z nichž některá připomínají známé problémy v informatice. Zaznamenat informaci na vlákno DNA je relativně jednoduché, ale upravit ji nebo ji znovu použít, jak to děláme každý den s magnetickými pevnými disky nebo SSD flash disky, je mnohem obtížnější nebo dokonce neproveditelné v závislosti na typu dat, která chcete nahradit.
Zjednodušeně řečeno: DNA funguje spíše jako zapisovatelný disk CD než opakovaně použitelný magnetický disk nebo flash paměťové buňky SSD. Aby tuto překážku obešel, pracuje tým z Missouri na konceptu „molekulárního“ pevného disku: malých kousků DNA navržených jako nezávislé paměťové bloky, které lze selektivně upravovat, aniž by bylo nutné přepisovat všechny informace od začátku.
Tato data by byla čtena mikroskopickými senzory schopnými detekovat změny elektrického proudu při průchodu molekuly DNA. Každý z nukleotidů ATCG modifikuje tento signál charakteristickým způsobem, což umožňuje dekódovat sekvenci a převést ji zpět na digitální data srozumitelná počítači.
Ještě dlouhá cesta před námi
Navzdory nadšení, které tato myšlenka vyvolala, sami vědci upozorňují, že jde teprve o začátek cesty. Jak uvádí článek v TechSpotu, techniky pro čtení a přepisování databází ATCG je třeba ještě značně zdokonalit. K tomu se přidává nezanedbatelná ekonomická překážka: nutnost syntetizovat umělou DNA v laboratoři, což je stále nesmírně nákladný a technicky složitý proces. Možnost zakoupení více než 200 PB pevného disku nebo SSD disku postaveného z DNA je tedy prozatím vyhrazena pro stále ještě vzdálenou budoucnost.