211service.com
Waarom DNA ooit de harde schijf zal vervangen
DNA zou ooit meer kunnen opslaan dan alleen de blauwdrukken voor het leven - het zou ook enorme verzamelingen documenten, muziek of video kunnen bevatten in een onmogelijk compact formaat dat duizenden jaren meegaat.
Onderzoekers aan de Europees Instituut voor Bioinformatica in Hinxton, V.K., hebben een nieuwe methode gedemonstreerd voor het op betrouwbare wijze coderen van verschillende veelvoorkomende computerbestandsformaten op deze manier. Aangezien de prijs van het sequencen en synthetiseren van DNA blijft dalen, schatten de onderzoekers dat dit biologische opslagmedium de komende decennia concurrerend zal zijn.
De informatieopslagdichtheid van DNA is minstens duizend keer groter dan die van bestaande media, maar tot voor kort waren de kosten van DNA-synthese te hoog om de technologie meer dan een curiositeit te laten zijn. Conventionele methoden voor het langdurig opslaan van digitale informatie blijven echter problemen opleveren. De magneetbanden die doorgaans voor archiefopslag worden gebruikt, worden broos en verliezen na enkele decennia hun coating. En zelfs als het fysieke medium dat wordt gebruikt om informatie op te slaan intact blijft, veranderen opslagformaten altijd. Dit betekent dat de gegevens naar een nieuw formaat moeten worden overgebracht, anders kunnen ze onleesbaar worden.
DNA daarentegen blijft in de loop van de tijd stabiel - en het is een formaat dat waarschijnlijk altijd nuttig zal zijn. We willen het opslagmedium scheiden van de machine die het leest, zegt projectleider Nick Goldman . We zullen altijd technologieën hebben om DNA te lezen. Goldman merkt op dat er intacte DNA-fragmenten van tienduizenden jaren oud zijn gevonden en dat DNA zelfs nog langer stabiel is als het wordt gekoeld of ingevroren.
De Britse onderzoekers codeerden DNA met een MP3 van de I Have a Dream-toespraak van Martin Luther King Jr., een pdf van een wetenschappelijk artikel, een ASCII-tekstbestand van de sonnetten van Shakespeare en een JPEG-kleurenfoto. De opslagdichtheid van de DNA-bestanden is ongeveer 2,2 petabyte per gram.
Anderen hebben de opslag van DNA-gegevens eerder aangetoond. Zo hebben onderzoekers deze zomer onder leiding van Harvard University genetics professor George kerk gebruikte de technologie om een boek te coderen (zie Een heel boek opgeslagen in DNA).
Het verschil met het nieuwe werk, zegt Goldman, is dat de onderzoekers zich richtten op een praktisch, fouttolerant ontwerp. Om de DNA-bestanden te maken, hebben de onderzoekers software gemaakt die de een s en 0 s van het digitale rijk in het genetische alfabet van DNA-basen, gelabeld A, T, G en C. Het programma zorgt ervoor dat er geen herhaalde basen zoals AA of GG zijn, wat leidt tot hogere foutenpercentages bij het synthetiseren en sequencen van DNA.
De bestanden waren opgedeeld in segmenten, elk voorzien van een indexcode die informatie bevat over bij welk bestand het hoort en waar het in dat bestand thuishoort - analoog aan de titel en het paginanummer op pagina's van een boek.
De coderingssoftware zorgt ook voor enige redundantie. Elk deel van een bestand wordt weergegeven in vier verschillende fragmenten, dus zelfs als meerdere degraderen, moet het nog steeds mogelijk zijn om de gegevens te reconstrueren.
Werken met Agilent Technologies uit Santa Clara, Californië, synthetiseerden de onderzoekers de fragmenten van DNA en toonden vervolgens aan dat ze de sequentie konden bepalen en de bestanden nauwkeurig konden reconstrueren. Dit werk wordt vandaag beschreven in het tijdschrift Natuur .
Goldman's groep schat dat het coderen van gegevens in DNA momenteel $ 12.400 per megabyte kost, plus $ 220 per megabyte om die gegevens terug te lezen. Als de prijs van DNA-synthese met twee ordes van grootte daalt, zoals verwacht wordt in het komende decennium, zegt Goldman, zal de opslag van DNA-gegevens binnenkort minder kosten dan het archiveren van gegevens op magneetbanden.
Victor Zhirnov, programmadirecteur voor geheugentechnologieën bij de Semiconductor Research Corporation in Durham, North Carolina, zegt dat omdat de huidige kosten zo hoog zijn, DNA voor gegevensopslag waarschijnlijk het vroegst zal worden gebruikt in langetermijnarchieven die niet vaak worden geopend. Vooruitkijkend, zegt hij, kan hij zich een agressievere technologie voorstellen om flash te vervangen, de niet-vluchtige geheugentechnologie die wordt aangetroffen in draagbare elektronica, die al zijn schaallimieten bereikt. De sleutel zal het ontwikkelen van complete hardwaresystemen zijn die met DNA werken, niet alleen sequencers en synthesizers.
Harvard's Church zegt dat hij aan dit probleem werkt. We kunnen ons vermogen om DNA te lezen en te schrijven stapsgewijs blijven verbeteren, maar ik wil volledig uit die doos springen, zegt hij. Church ontwikkelt momenteel een systeem voor het direct coderen van analoge signalen zoals video en audio in DNA, waardoor conventionele elektronica volledig wordt geëlimineerd.