DNA:
100% αξιόπιστο σύστημα μαζικής αποθήκευσης
Μαζική αποθήκευση χωρίς λάθη (Nέα μέθοδος)
Δυνατότητα αποθήκευσης 2.000 terabytes ανά γραμμάριο
Ερευνητές από το Ευρωπαϊκό Εργαστήριο Μοριακής Βιολογίας και το Ευρωπαϊκό Ινστιτούτο Βιοπληροφορικής (EMBL-BMI) στην Αγγλία δημοσίευσαν στο επιστημονικό περιοδικό Nature ένα άρθρο όπου εξηγούν πώς μόρια DNA μπορούν να χρησιμοποιηθούν σαν σύστημα αποθήκευσης μεγάλης χωρητικότητας και πιστότητας σε βάθος χρόνου. Όπως είπαν οι ίδιοι οι ερευνητές “θα μπορούσαν να αποθηκευτούν όλες οι ταινίες και τα προγράμματα της τηλεόρασης που υπάρχουν στο ίντερνετ σε μόρια DNA που θα χωρούσαν σε μία κούπα τσαγιού!”
ΤΑ ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΤΟΥ DNA
Το DNA είναι το υλικό που περιέχει τη γενετική πληροφορία και καθορίζει τα έμβια όντα. Σαν εγχειρίδιο με λειτουργικές οδηγίες αποθηκεύει όλες τις απαραίτητες πληροφορίες των οργανισμών, οπότε είναι σαφής η ζωτική του σημασία στην αναπαραγωγή. Η πληροφορία που αποθηκεύει φυλάσσεται στη διπλή έλικα τεσσάρων αζωτούχων βάσεων, της αδενίνης, θυμίνης, γουανίνης και κυτοσίνης που συμβολίζονται με τα γράμματα A, T, G και C. Περίπου 3 δισεκατομμύρια βάσεων αποτελούν το ανθρώπινο απλοειδές γονιδίωμα και όλη αυτή η πληροφορία είναι στοιβαγμένη μέσα σε κάθε κύτταρό μας. Το DNA είναι λοιπόν εκατομμύρια φορές περισσότερο συμπιεσμένο και εύχρηστο από τον σκληρό δίσκο του υπολογιστή μας! Μία αλυσίδα όπως ATGCTAGATACCA… περιέχει αρκετά bits πληροφορίας..
Εδώ και δεκαετίες προγραμματιστές και μηχανικοί μελετούν τις δυνατότητες του DNA σαν σύστημα αποθήκευσης για τη φύλαξη συμβατικών και όχι γενετικών πληροφοριών δεδομένης της αδιαμφισβήτητης ομοιότητάς του με τα συστήματα λειτουργίας ψηφιακής αποθήκευσης. Μέχρι τώρα δεν είχε σημειωθεί σημαντική πρόοδος καθώς είχαν μπορέσει να κωδικοποιήσουν μικρό ποσοστό πληροφορίας και μάλιστα ελάχιστα αξιόπιστο: η ίδια η φύση του DNA και ο τρόπος πολλαπλασιασμού του το καθιστούν επιρρεπές στα λάθη και δύσκολο να χρησιμοποιηθεί σε μεγάλη κλίμακα.
Σε γενετικό επίπεδο, παρά το γεγονός ότι αυτά τα λάθη συνήθως “αυτο”διορθώνονται και πολλές φορές μπορεί να μην έχουν σημασία (καθώς θα κωδικοποιούν το ίδιο αμινοξύ), θεωρούνται το κλειδί για την εξέλιξη της ζωής: παράγονται μεταλλάξεις που βελτιώνουν ή όχι τα άτομα ενός είδους μεταφέροντας την πληροφορία στους απογόνους τους. Αλλά κάτι τέτοιο δεν ισχύει όσον αφορά το χειρισμό πληροφορίας όπως αρχεία του υπολογιστή, κείμενα, εικόνες ή παρόμοια: οποιοδήποτε μικρό λάθος κατά την αναπαραγωγή της πληροφορίας μπορεί να καταστρέψει ένα αρχείο καθιστώντας το τελείως άχρηστο. Για τον λόγο αυτό, η αποθήκευση πληροφορίας σε DNA από ζωντανούς δέκτες, πχ. βακτηριακά κύτταρα ήταν ελάχιστα αξιόπιστη και οι επιστήμονες ξεπέρασαν το εμπόδιο αυτό συνθέτοντας in vitro τμήματα DNA.
ΟΙ ΕΡΕΥΝΕΣ..
Λίγους μήνες νωρίτερα, ο γενετιστής George Church από το Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ είχε καταφέρει να κωδικοποιήσει και να αποθηκεύσει σε DNA ένα αρχείο HTML που περιείχε 11 εικόνες jpeg. Στην εργασία του αυτή είχε χρησιμοποιήσει τις γουανίνες (G) και τις κυτοσίνες (C) για να αναπαραστήσει το 1 του δυαδικού κώδικα και τις αδενίνες (A) και θυμίνες (T) για το 0. (Το δυαδικό σύστημα χρησιμοποιεί τα δύο αυτά ψηφία, 0 και 1. Κάθε ένα είναι ένα bit και το byte, που είναι μονάδα μέτρησης της πληροφορίας, ισοδυναμεί με 8 bit). Όμως, μία σειρά από όμοιες βάσεις μπορούσε να δίνει λάθη στην ανάγνωση της αλληλουχίας του DNA και συγκεκριμένα υπολογίστηκαν 10 λάθη για κάθε 5.2 εκατομμύρια bits.
Ο Ewan Birney από το Ευρωπαϊκό Εργαστήριο Μοριακής Βιολογίας και το Ευρωπαϊκό Ινστιτούτο Βιοπληροφορικής (EMBL-BMI) σε συνεργασία με τον Nick Goldman κωδικοποίησαν την ψηφιακή πληροφορία σε περισσότερα αντίγραφα DNA με περισσότερες επικαλύψεις για να διασφαλιστεί η ακρίβεια και να εξαλειφθούν τα λάθη. Πέρα από τους χειρισμούς σε επίπεδο κώδικα που διασφάλιζαν ότι δεν υπάρχουν πια αλληλουχίες με επαναλαμβανόμενες βάσεις έπρεπε επίσης να εγγυηθούν ότι η πληροφορία δεν θα χαλούσε. Γι’ αυτό και την “έκοψαν” σε μικρά επικαλυπτόμενα τμήματα ώστε κάθε κομμάτι δεδομένων να είναι αντιγραμμένο σε τέσσερα διαφορετικά μόρια, γεγονός που έκανε αδύνατον το να καταστραφεί η αποθηκευμένη πληροφορία.
Το αποτέλεσμα των δοκιμών ήταν να καταφέρουν να αποθηκεύσουν 739 KB συμβατικής πληροφορίας -κάποια σονέτα του Σαίξπηρ σε μορφή αρχείου word, έναν λόγο του Μάρτιν Λούθερ Κίνγκ σε αρχείο mp3 και μία φωτογραφία του γραφείου τους- σε ένα μόριο DNA με τη μέγιστη δυνατή πιστότητα (100%). Η πληροφορία δόθηκε σε ένα εργαστήριο, όπου στέγνωσαν τα δείγματα, που τελικά έμοιαζαν με σκόνη, τα έστειλαν αεροπορικώς σε ένα εργαστήριο στη Γερμανία και σε ένα άλλο στη Μεγάλη Βρετανία όπου και αποκωδικοποιήθηκαν για να δοθούν τα αρχικά: αρχεία κειμένου, ένα mp3, και η εικόνα!
ΣΤΟ ΜΕΛΛΟΝ
Υπολογίστηκε ότι η πληροφορία που φυλάσσεται με αυτόν τον τρόπο μπορεί να διαρκέσει 10.000 χρόνια περίπου, συγκριτικά με την αποθηκευμένη σε DVD και Blu-ray που δεν ξεπερνά την δεκαετία. Η πυκνότητα εγγραφής είναι κάποια petabytes ανά γραμμάριο που αντιστοιχεί σε 2.000 terabytes (1 petabyte = 1.125.899.906.842.624 bytes) , η διπλάσια δηλαδή περίπου χωρητικότητα ενός σταθερού υπολογιστή.
Είναι εντυπωσιακό να σκεφτεί κανείς πως αν αποθηκευτούν σε DNA όλα τα κείμενα της ανθρωπότητας, που υπολογίζονται περίπου σε 50 δισεκατομμύρια megabytes, το DNA που θα περιέχει την πληροφορία αυτή θα είναι ελαφρύτερο από μία μπάρα δημητριακών!
Ο Goldman είπε χαρακτηριστικά “Δεν υπάρχει περιορισμός στην κωδικοποίηση και αποθήκευση πληροφορίας στο DNA..To πρόβλημα είναι να πληρώσει κανείς γι’ αυτό!” . Σύμφωνα με τους ερευνητές το κόστος θα είναι περίπου 12.400 δολάρια για κάθε megabyte.
Παρά λοιπόν την αξιοπιστία του συστήματος αποθήκευσης, οι τεχνικές που χρησιμοποιούνται για την κωδικοποίηση και αποκωδικοποίηση της πληροφορίας είναι ακόμα πολύ ακριβές, γι’ αυτό και δεν μπορούμε να σκεφτούμε πως τώρα ή στο κοντινό μέλλον ότι τα τσιπάκια με DNA – RAM θα είναι διαθέσιμα στα καταστήματα. Ο Goldman και οι υπόλοιποι ερευνητές διαβεβαιώνουν ότι το κόστος της σύνθεσης DNA θα μειώνεται με τον καιρό και πως σε μία δεκαετία θα είναι οικονομικότερο για τις μεγάλες εταιρείες να αποθηκεύουν DNA αρχεία από το να συντηρούν σωρούς σκληρών δίσκων!
