Ученые записали видеофильм на молекулу ДНК

Ученые пытаются познать, как устроен окружающий мир, и проводят впечатляющие эксперименты. Одним из таких является работа сотрудников Вашингтонского университета, которые вписали в код ДНК цифровые изображения и потом смогли считать их с молекулы.

Методика хранения данных в молекулах ДНК совершенствуется день ото дня, сообщает «Интерфакс». Ученые из Вашингтонского университета и сотрудники исследовательского подразделения Microsoft провели эксперимент, в ходе которого им удалось сохранить и прочитать четыре графических файла размером от 5 до 25 килобайт.

Хранение цифровой информации в ДНК привлекает ученых из-за высокой плотности (по примерным расчетам — до эксабайта, или миллиарда гигабайт, на кубический миллиметр) и надежности (период полужизни более 500 лет). Обращение к хранилищу производится существующими методиками синтеза ДНК (запись), ПЦР-амплификации (копирование) и секвенирования (считывание). Пока эти технологии слишком дороги, но их стоимость быстро снижается.

Физической единицей хранения данных является последовательность из 100—200 нуклеотидов, содержащих 50—100 бит. Соответственно, для хранения объекта данных (например, файла) понадобится множество таких фрагментов, собранных в пул. Исследователи выбрали простую архитектуру ключ-значение (имя файла — содержимое файла). Ключом служит пара праймеров ПЦР, указывающих, какие именно фрагменты ДНК подлежат считыванию, то есть позволяющих проводить адресацию с произвольным доступом.

Еще одна проблема, стоявшая перед учеными, заключается в том, что существующие технологии синтеза и секвенирования ДНК не защищены от ошибок, которые составляют до одного процента нуклеотидной последовательности. Чтобы преодолеть ее использовали модифицированное кодирование Голдмэна. Каждый олигонуклеотид с праймерами сохраняли в трех копиях. Доступ к ним производили с помощью логического оператора XOR, который позволяет по двум любым фрагментам ДНК восстановить третий. Исследователи отмечают, что уровень такой избыточности хранения поддается настройке для достижения необходимой точности воспроизведения данных.

В ходе эксперимента ученым удалось записать в ДНК четыре графических файла. Каждый файл сохранили в двух копиях — кодированием Голдмэна и XOR-кодированием. В сумме восемь операций записи произвели 45 652 последовательности из 120 нуклеотидов общей емкостью 151 килобайт. После этого файлы успешно восстановили.

"Кремниевые технологии, разработанные компьютерной индустрией, внесли значительный вклад в развитие биотехнологий. Возможно, сейчас приходит время отдать долг", — пишут исследователи.

В дальнейшем планируется сохранять в ДНК более «увесистые» видео- и аудиофайлы. Как только это произойдет, можно будет сказать, что эра биокомпьютеров уже на подходе.