Nový výzkum slibuje přenášet data z bakterií do počítačů

TLDR: Zrychlený přenos dat byl dosažen s pomocí elektrických impulzů. DNA by se tak mohlo stát datovým úložištěm zítřka. Studie tu.

Kam s ním?

Ještě nám ani nestihl zaschnout inkoust na serveru a všechny ionty z posledního kvantového článku nestihly zkolabovat ze svých superpozic a máme tu další novinku na poli futuristických-scifi-IT-technologií. Americkému týmu se totiž podařilo zrychlit metodu extrakce počítačových informací uložených uvnitř živých bakterií!

V dnešním světě je stále patrnější problém „kam s ním?“. A nemáme tím na mysli nic jiného než data. Data, tedy všechen ten balast, který obaluje informace a kterého je všude kolem nás tolik, že pravděpodobně ani v životě neslyšel o předponě jednotek SI, která by byla potřebná pro jeho vyjádření. Dle jednoho odhadu bude v roce 2025 naše pokolení produkovat 463 exabytů dat denně. Přepočet na Fabie a fotbalová hřiště si prosím tentokrát, z pochopitelných důvodů, odpustím.

A tak se oklikou zpět vracíme k problému kam toto obrovské množství dat ukládat. Oblastí za polárním kruhem je omezené množství a stavět dobrovolně datacentra na rovníku by mohl chtít snad jen Baron Prášil. Pomineme-li tak triviální řešení, jako například přestat nadprodukovat digitální odpad, nabízí se otázka jestli není na čase opustit současné technologie pro ukládání dat a přejít na něco lepšího.

Koneckonců, byly tu děrné štítky. Ty byly vytlačeny magnety, a tedy disketami. Následně přišlo opětovné řádové navýšení úložné kapacity pomocí optických disků. Jakmile i tato technologie dosáhla svého stropu, ukázalo se, že ukládat data lze i do elektrických obvodů. A to je zatím technologie, kterou považujeme za nejlepší možnou dnes, ale i ta se pomalu blíží svému fyzikálnímu limitu.

Zajímavou alternativou se proto jeví ukládání dat do DNA...

Zdroj: CBS, U.S. Customs and Border Protection
Zdroj: CBS, U.S. Customs and Border Protection

Obživlá data

Přecijen – dnes už dokážeme, troufl bych si říct, hravě upravovat DNA, a současně víme, že DNA není nic jiného než velmi dlouhá páska obsahující zakódované genetické informace. Ono hravé spravovávání je pořád poměrně složité, pokud nechceme oněmi hrátkami zabít komplexní bytost (pes, klokan, člověk), ale u titěrných buněk je vše snazší. Připomeňme, že jeden řetězec DNA, čítající řádově miliardy párů bází, má délku klidně několik metrů, a to celé se vejde do jádra každé buňky v našem těle.

V ideálním případě by tak jeden gram čisté DNA mohl nést zakódováno něco přes 200 terraBytů informace a veškerá digitální data současného světa (včetně porna) by se vešla do jednoho jedinného datacentra.

Zatím ale vědce trápí otázka, jak jedničky a nuly z počítače zakódovat do aminokyselin v DNA. Dnes používané postupy syntézy DNA či injekce informace do DNA metodou CRISPR, mají tu nevýhodu, že je posléze potřeba vytvořenou nebo upravenou DNA vložit zpět do buňky či bakterie. Navíc, pořád je potřeba poměrně náročné zařízení, jak pro zápis informací do DNA, tak pro čtení, tedy sekvenaci. To prodlužuje přečtení takové informace přinejmenším na hodiny. A nikomu se nechce čekat hodiny, než se mu načte to porno, protože data se teprve sekvencí z DNA…

K možnému řešení nás přiblížil právě profesor Wang z Columbia Univerzity v New Yorku. Ten už měl na svědomí zařízení, které vybudilo bakterii e.coli určitými biologickými signály. Ta v ten moment byla schopná najít stanovenou část své DNA, a pokud ji našla, vepsala tuto skutečnost do přiloženého kousku DNA. Ten poté byli schopni rychleji vyjmout, přečíst a analyzovat.

Tým kolem profesora Wanga však postoupil ještě dál. A na pomoc si přizval elektrogenetiku, tedy metodu změny genetické informace pomocí elektrických impulzů. Jejich zařízení tak byli schopni modifikovat tak, aby aktivoval „zápis“ informace do DNA pomocí elektrických impulzů. Díky tomu tak získali zařízení, které může jak zapisovat, tak číst data do a z DNA přímo z živé bakterie!

Tohle tu nechám ležet pro ty, co mluví o zapisování do DNA pomocí mRNA vakcín…
Zdroj: Game of Thrones/HBO

Nemusí pršet

Zatím však pouze uložením tří bitů informace do každé bakterie. Přesněji řečeno do jedné populace buněk. Autoři totiž neukládali data do jednotlivých bakterií, ale do celých populací bakterií. V praxi se tak možná hustota zápisu mohla pohybovat v řádu mili až mikroBytů na buňku. #JakInternetNaKolejích

Autoři své řešení demonstrovali uložením a následným přečtením standardního text „hello world!“. Jednotlivé znaky zakódovali pomocí šestibitového kódování, uložit tedy bylo potřeba 72 bitů informace. Ty, jak již bylo naznačeno, rozdělili po třech do celkem 24 kolonií. Po zapsání a opětovném přečtení obdrželi text na 98% shodný se vstupním. Neuvádějí sice, které konkrétní bity byly zápisem poškozeny, jen doufám, že se jim na monitoru nezobrazilo „hell world!“. A při použití nějakého rozumného samoopravného kódu by se dalo ztrátovost eliminovat na nulu, pochopitelně za cenu nižší úložné kapacity.

Tak i tak jsme ještě několik řádů a několik (desítek) let vývoje od pizzy s filmem nahraným do prosciutta nebo třeba psí známce přímo v genech. Koneckonců, i ta životnost dat zatím není nijak závratná – „hello world!“ zůstal nějak výrazně nepoškozen pouze cca 70 generací bakterie. To je v porovnání s forenzní genetikou, která dokáže vytáhnout genetické informace i nějakou tu desítku tisíc let starou, o několik řádů jinde. Ale zatím platí, že nemusí ještě pršet – zatím stačí si tenhle výzkum dávkovat po kapkách!

[Martin Jašek, Tereza Lausová]

Vědátor vzniká v dílně spolku studentů a popularizátorů vědy UP Crowd za podpory MUDRstart, který tvoří přípravné testy pro studenty vysokých škol. Krom různých autorů projekt jako šéfredaktor vede Ladislav Loukota – jeho kontaktní mail je vedatororg@seznam.cz

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

Reklama