Varför DNA en dag kommer att ersätta hårddisken

DNA kan en dag lagra mer än bara ritningarna för livet – det kan också rymma stora samlingar av dokument, musik eller video i ett omöjligt kompakt format som varar i tusentals år.

Forskare vid European Bioinformatics Institute i Hinxton, U.K., har demonstrerat en ny metod för att tillförlitligt koda flera vanliga datorfilformat på detta sätt. Eftersom priset för sekvensering och syntetisering av DNA fortsätter att sjunka, uppskattar forskarna, kommer detta biologiska lagringsmedium att vara konkurrenskraftigt inom de närmaste decennierna.

Informationslagringstätheten för DNA är minst tusen gånger större än den för befintliga medier, men tills nyligen var kostnaden för DNA-syntes för hög för att tekniken skulle vara något mer än en kuriosa. Konventionella metoder för att lagra digital information under långa perioder fortsätter dock att ställa till problem. Magnetbanden som vanligtvis används för arkivförvaring blir spröda och tappar sin beläggning efter några decennier. Och även om det fysiska mediet som används för att lagra information förblir intakt, förändras lagringsformaten alltid. Detta innebär att data måste överföras till ett nytt format annars kan de bli oläsliga.

DNA, däremot, förblir stabilt över tid - och det är ett format som sannolikt alltid kommer att vara användbart. Vi vill separera lagringsmediet från maskinen som ska läsa det, säger projektledaren Nick Goldman . Vi kommer alltid att ha teknologier för att läsa DNA. Goldman noterar att intakta DNA-fragment som är tiotusentals år gamla har hittats och att DNA är stabilt ännu längre om det är kylt eller fryst.

De brittiska forskarna kodade DNA med en MP3 av Martin Luther King Jr.s I Have a Dream-tal, en PDF av en vetenskaplig artikel, en ASCII-textfil med Shakespeares sonetter och ett JPEG-färgfoto. Lagringstätheten för DNA-filerna är cirka 2,2 petabyte per gram.

Andra har visat DNA-datalagring tidigare. I somras, till exempel, forskare ledda av Harvard University genetikprofessor George kyrka använde tekniken för att koda en bok (se En hel bok lagrad i DNA ).

Skillnaden med det nya arbetet, säger Goldman, är att forskarna fokuserade på en praktisk, feltolerant design. För att göra DNA-filerna skapade forskarna programvara som konverterade ett s och 0 s av den digitala sfären in i det genetiska alfabetet av DNA-baser, märkta A, T, G och C. Programmet säkerställer att det inte finns några upprepade baser som AA eller GG, vilket leder till högre felfrekvenser vid syntetisering och sekvensering av DNA.

Filerna var indelade i segment, var och en försedd med en indexkod som innehåller information om vilken fil den tillhör och var den hör hemma i den filen - analogt med titeln och sidnumret på sidorna i en bok.

Kodningsmjukvaran säkerställer också viss redundans. Varje del av en fil är representerad i fyra olika fragment, så även om flera försämras bör det fortfarande vara möjligt att rekonstruera data.

Arbetar med Agilent Technologies i Santa Clara, Kalifornien, syntetiserade forskarna DNA-fragmenten och visade sedan att de kunde sekvensera dem och korrekt rekonstruera filerna. Detta arbete beskrivs idag i tidskriften Natur .

Goldmans grupp uppskattar att kodning av data i DNA för närvarande kostar $12 400 per megabyte, plus $220 per megabyte för att läsa tillbaka dessa data. Om priset på DNA-syntes sjunker med två storleksordningar, som det förväntas göra under det kommande decenniet, säger Goldman, kommer DNA-datalagring snart att kosta mindre än att arkivera data på magnetband.

Victor Zhirnov, programchef för minnesteknologier vid Semiconductor Research Corporation i Durham, North Carolina, säger att eftersom den nuvarande kostnaden är så hög, kommer datalagrande DNA förmodligen att hitta sin tidigaste användning i långsiktiga arkiv som inte nås ofta. När han blickar framåt, säger han, kan han föreställa sig en mer aggressiv teknik för att ersätta flash, den icke-flyktiga minnestekniken som finns i bärbar elektronik, som redan har nått sina skalningsgränser. Nyckeln kommer att vara att utveckla hela hårdvarusystem som fungerar med DNA, inte bara sekvenserare och syntar.

Harvard's Church säger att han arbetar med just detta problem. Vi kan fortsätta att stegvis förbättra vår förmåga att läsa och skriva DNA, men jag vill hoppa helt ur den rutan, säger han. Church utvecklar för närvarande ett system för att direkt koda analoga signaler som video och ljud till DNA, vilket helt och hållet eliminerar konventionell elektronik.

Dölj