Трудовой Кодекс РФ с комментариями ТК РФ, бесплатные консультации юристов
В цепочку генов можно записать в 60 раз больше информации, чем на сегодняшние носители. Однако из-за дороговизны и куда более быстрого развития ИТ-технологий вряд ли мы будем копировать в ДНК аудио или фото
Сотрудники Колумбийского университета и Геномного центра в Нью Йорке разработали новую технологию записи информации в ДНК. С помощью нее ученым удалось закодировать и прочитать 2,14 мегабайт информации в виде ДНК-олигонуклеотидов. В них уместилась подарочная карта Amazon, операционная система KolibriOS, статья Шеннона о передаче информации в зашумленном канале, видеофайл «Прибытие поезда» братьев Люмьер и даже компьютерный вирус. Итоговая физическая плотность записи составила 215 000 000 гигабайт на грамм нуклеиновой кислоты. Казалось бы, что человечество сделало еще один шаг к очередной информационной революции. Но так ли это на самом деле? Какие есть преимущества и недостатки у ДНК как носителя информации?
100500 гигабайт в одной молекуле
Информационные возможности ДНК стали известны сразу после открытия ее структуры в 1953 году. Ученые поняли, что если быстро научиться синтезировать и читать ДНК, то можно записывать большое количество информации в маленьком объеме. Однако порядок величины удалось установить лишь в 80-е годы — после того, как были установлены размеры самой ДНК.
Сколько же информации можно записать на ДНК? Один оборот спирали ДНК в B-форме это примерно 10 пар нуклеотидов. Кодирующей будет одна из нитей т.к. вторая всегда комплиментарна первой. Таким образом имеем 10 ячеек, в каждой из которых может быть одна из четырёх букв (А, T, Г и Ц). При использовании четвертичного или двудвоичного кодирования плотность кодирования информации в ДНК составляет два бита на ячейку, т.е. 20 бит на один оборот спирали, линейный размер которого примерно 3,4 нанометра (объём ~11 кубических нанометров) — это то, что можно записать. Много это или мало?
Существующими физическими принципами сегодня можно создавать процессоры, в которых 1 бит записывается на 10 нанометрах. Таким образом, в ДНК, исходя из линейных размеров, можно записать примерно в 60 раз больше информации. Но скорее всего это быстро кончится, поскольку уже сейчас Intel и TSMC работают над созданием процессора, в котором 1 бит информации будет записан на 5 нанометрах. Преимущество хранения информации в виде ДНК в объёме сходит на нет с развитием 3D NAND технологий многослойной флеш-памяти. И это не предел с учетом наступающих на пятки квантовых компьютеров. Так есть ли смысл записывать в ДНК фотографии, тексты и другую информацию, закодированную в битовом языке, если компьютерные технологии работают на опережение?
Возможность записи информации на ДНК, скорее всего, сыграет свою роль, но только в каких-то специфических вещах, где не получается сделать процессоры на той основе, к которой мы привыкли — полупроводников или магнитно-оптических носителей. Это будет ситуация, когда по-другому просто не получается, например, в случае каких-нибудь хитрых биологических конструкций.
Дорого, но очень долговечно
Одно из главных преимуществ ДНК как носителя информации — долговечность. Бумажные носители и жесткие диски заметно проигрывают ДНК, которую можно выделить из костей организмов умерших миллионы лет назад, а затем и считать информацию. Особенно, если она хранилась в подходящих условиях, таких как вечная мерзлота, например, или в пустыне под землей без кислорода. Лучше чем ДНК хранятся разве что кальциевые окаменелости. Частично она может разрушиться или модифицироваться, но с учётом многократной повторяемости, расшифровка будет возможной. Поэтому если у человека, например, появятся задачи сохранения информации о планете, которая должна пролежать долго, то ДНК справится с ней как нельзя лучше. Но пока такие замыслы лишь на уровне фантастический рассказов — раса, которая была вынуждена умереть, сохранила генетический материал и потом эту расу восстановили, считав информацию.
На сегодняшний день синтез ДНК остается все еще очень дорогим, поэтому за мегабайт данных записанных на ДНК «флешку» придется заплатить порядка 3,5 тысячи долларов. Если сравнивать с записью на компакт-диск, то цифра кажется заоблачной. Но с другой стороны, если вы захотите сохранить информацию во Вселенной и выберете для этого компакт-диски, то будете тратить определенную сумму на запись каждого диска. ДНК же синтезируется один раз, и ее размножение представляет собой очень дешевые реакции. Это сравнимо с тем, как много времени тратит автор, чтобы сочинить книгу, а напечатать много ее экземпляров уже сравнительно легко. Здесь то же самое.
Не исключено, что технологию синтеза ДНК и считывания информации с нее можно будет использовать даже дома — сейчас технологии достаточно широки, чтобы сделать это. Представьте, что у вас дома стоит небольшой аппарат, вы берете пробирку, кладете в прибор, в котором уже все подготовлено и записываете в считанные секунды нужную информацию. Но такие технологии как «неуловимый Джо» — никто не может поймать, потому, что на самом деле, никому не нужно. Для записи цифровой информации есть вещи проще, например, уже привычные нам компьютерные носители. Скорее всего компьютерные технологии уйдут далеко вперед, поскольку они еще не исчерпали свои ресурсы по уменьшению ячейки, а создание многослойной флеш-памяти только начинается. В случае же с ДНК ячейка не станет меньше нуклеотида. Поэтому использование ДНК в качестве носителя информации, по-видимому, будет ограничено научными исследованиями и биотехнологическими приложениями.
