Netrukus žmonija kurs daugiau duomenų, nei gali tilpti kietuosiuose diskuose ar magnetinėse juostose, tad, spręsdami šią problemą, mokslininkai atsigręžė į gamtos štai, jau 4 mlrd metų naudojamą informacijos saugojimo sprendimą – DNR.

Naujame 𝑺𝒄𝒊𝒆𝒏𝒄𝒆 publikuotame tyrime, pora tyrėjų iš Kolumbijos universiteto ir Niujorko genomo centro (NYGC) parodė, kad algoritmas, skirtas vaizdo transliacijoms mobiliuosiuose telefonuose gali atskleisti praktiškai visą DNR informacijos talpos potencialą ir sutalpinti daugiau informacijos į keturių nukleotidų bazes. Be to, jie parodė, kad ši technologija itin patikima.

DNR yra ideali informacijos saugojimo priemonė, nes yra itin kompaktiška ir šaltoje, sausoje vietoje gali išlikti šimtus tūkstančių metų, kaip parodė neseniai atliktas DNR atkūrimas iš urve Ispanijoje rastų 430 000 metų senumo žmonių protėvių kaulų.

„DNR laikui bėgant negenda, kaip kasečių juostos ir CD, ir ši technologija netaps nebenaudojama – jei taip nutiks, turėsime dėl ko labiau nerimauti,“ sakė tyrimo bendraautorius Yanivas Erlichas, kompiuterijos profesorius iš Columbia Engineering, Kolumbijos duomenų mokslo instituto narys ir pagrindinis NYGC narys.

Šio 1895 brolių Liumjerų filmo „Traukini atvykimas į La Ciotat stotį“ kopija buvo užkoduota sintetinėje DNR molekulėje ir vėliau atkurta, naudojant naują kodavimo strategiją, kurią sukūrė Yaniv Erlich ir Dina Zielinski iš Kolumbijos universiteto ir Niujorko genomo centro.

Erlichas ir jo kolegė NYGC mokslininkė Dina Zielinski kodavimui, įrašymui į DNR, pasirinko šešis failus: kompiuterio operacinę sistemą KolibriOS, trumpą 1895 metų prancūzišką filmą, "L'Arrivée d'un train en gare de La Ciotat (Traukinio atvykimas į stotį), $50 Amazon dovanų kortelę, kompiuterio virusą, Pioneer plokštelę ir informatikos teoretiko Claude Shannon 1948 metų tyrimą.

Jie suspaudė failus į vieną (master) failą, ir tada suskaidė duomenis į trumpas dvejetainio kodo iš 1 ir 0 atkarpas. Naudodami ištrynimą koreguojantį algoritmą, vadinamąjį fontano kodu, jie atsitiktine tvarka šias kodo atkarpas į vadinamuosius lašelius, ir kiekviename lašelyje vienetus ir nulius priskyrė keturioms DNR nukleotidų bazėms: A, G, C ir T. Algoritmas ištrindavo raidžių kombinacijas, kurios sukurdavo klaidas, ir kiekvienam lašeliui priskyrė brūkšninį kodą, padedantį vėl surinkti failus.

Iš viso jie sukūrė skaitmeninį 72 000 DNR atkarpų, kurių kiekvienoje buvo po 200 bazių, sąrašą, ir pasiuntė jį tekstiniame faile į San Franciską, DNR sintetinimo startuoliui, Twist Bioscience, kuris specializuojasi skaitmeninių duomenų vertimu biologiniais duomenimis. Po dviejų savaičių jie gavo mėgintuvėlį su trupinėliu DNR molekulių.

Savo failus jie atkūrė, modernia genų sekoskaitos technologija nuskaitę DNR atkarpas ir programine įranga išvertę genetinį kodą atgal į skaitmeninį. Tyrime pažymima, kad failai buvo atkurti be klaidų. (Trumpame vaizdo siužete Erlichas atidaro suarchyvuotą operacinę sistemą virtualiame kompiuteryje ir pažymi sėkmę, žaisdamas Minesweeper.)

Taip pat jie pademonstravo, kad naudojant jų kodavimo techniką, galima sukurti praktiškai neribotą skaičių failų kopijų, padauginant DNR pavyzdžius polimerazės grandinine reakcija ( PGR), ir kad šios kopijos ir netgi tų kopijų kopijos ir taip toliau, gali būti atkuriamos be klaidų.

Galiausiai, tyrėjai parodė, kad naudojant jų kodavimo techniką, viename DNR grame galima sutalpinti 215 petabaitus duomenų – 100 kartų daugiau, nei naudojant metodus, kuriuos pirmieji paskelbė George Church iš Harvardo, Nick Goldman ir Ewan Birney iš Europos bioinformatikos instituto. „Manome, tai didžiausio informacijos tankio saugojimo įrenginys, koks kada nors buvo sukurtas,“ sakė Erlichas.

Teoriškai, DNR paremta duomenų talpa apribota 2 dvejetainiais skaičiais vienam nukleotidui, tačiau biologiniai pačios DNR apribojimai ir būtinybė įterpti perteklinę informaciją, padedančią nuskaityti ir surikiuoti fragmentus, sumažina talpą iki 1,8 dvejetainių skaičių vienai nukleotidų bazei.

Komanda įžvalgiai pasinaudojo fontano kodais, technika, kurią Erlichas prisiminė iš vidurinės mokyklos, ir skaitymo bei rašymo procesą padarė efektyvesnį. Naudodami savo DNR Fontano techniką, Erlichas ir Zielinski vidutiniškai sutalpino 1,6 bito į kiekvienos bazės nukleotidą. Tai yra bent 60% daugiau duomenų, nei naudojant anksčiau publikuotus metodus ir arti 1,8 bitų ribos.

Panaudojimą teberiboja kaina. Tyrėjai išleido $7000, sintezuodami DNR, kuria suarchyvavo 2 megabaitus duomenų, ir dar $2000 išleido jos nuskaitymui. Nors DNR nuskaitymo kaina sumažėjo labai stipriai, tokios pat paklausos DNR sintezei gali ir nebūti, sako tyrime nedalyvavęs Sri Kosuri, UCLA biochemijos profesorius. „Investuotojai nelinkę rizikuoti pinigais, kad numuštų kainą,“ sakė jis.

Bet DNR sintetinimas galėtų stipriai atpigti, jei būtų gaminamos prastesnės kokybės molekulės, ir molekulių klaidos būtų taisomos tokiomis kodavimo strategijomis, kaip DNR Fountain, pažymui Erlich. „Daugiau darbo galima palikti kompiuteriams ir trumiau užtrukti, koduojant molekules,“ sakė jis.

Komentarai (8)