Микрокапсулы ДНК: масштабирование будущего хранения данных

Хранение данных в ДНК скоро станет реальностью. Профессор Том де Гриф ожидает, что первый центр данных на ДНК заработает в течение 5–10 лет. Данные будут храниться не в виде нулей и единиц на жёстком диске, а в виде пар оснований ДНК: AT и CG. Такой центр данных будет представлять собой лабораторию, гораздо меньшую по размеру, чем современные.

Технология подразумевает использование синтетической ДНК, где основания соединяются в определённом порядке, образуя искусственные цепочки. Пока метод пригоден только для архивного хранения, так как чтение данных остаётся дорогостоящим.

Преимущества и необходимость

Хранение данных в ДНК имеет ключевые преимущества: высокая плотность записи, долгий срок хранения и, что особенно важно, возможность отказа от больших энергоёмких дата-центров. Это критически необходимо, поскольку, по словам де Грифа, через три года в мире будет генерироваться столько данных, что мы не сможем сохранить половину из них.

Решение проблемы масштабируемости

Вместе с аспирантом Басом Бёгелсом, Microsoft и университетскими партнёрами де Гриф разработал новую технику, делающую хранение данных на синтетической ДНК масштабируемым. Результаты опубликованы в журнале Nature Nanotechnology.

Основная проблема технологии — метод чтения данных. Используемый сейчас метод ПЦР («случайный доступ») ненадёжен: можно читать только один файл за раз, а качество данных значительно ухудшается при каждом чтении.

Микрокапсулы и термоограниченная ПЦР

Группа де Грифа разработала микрокапсулу из белков и полимера, в которой закрепляется один файл. При температуре выше 50 °C капсулы герметизируются, позволяя проводить процесс ПЦР отдельно в каждой из них. Этот метод назван «термоограниченной ПЦР». В лаборатории удалось одновременно прочитать 25 файлов без значительных ошибок.

При понижении температуры копии отсоединяются от капсулы, а исходный файл остаётся нетронутым. «Сейчас мы имеем потерю 0,3% после трёх прочтений по сравнению с 35% при существующем методе», — говорит де Гриф.

Поиск с помощью флуоресценции

Для упрощения поиска каждый файл получает флуоресцентную метку, а капсула — свой цвет. Устройство может распознавать цвета и отделять нужные капсулы. Это открывает путь к созданию роботизированной системы для выборки файлов.

Таким образом, проблема чтения данных решена. «Теперь остаётся только ждать, пока стоимость синтеза ДНК упадёт ещё больше. Тогда технология будет готова к применению», — заключает де Гриф. Он надеется, что вскоре в Нидерландах откроется первый в мире центр данных на ДНК.