Nowa technologia DNA otwiera drogę do „żywych dysków twardych”, które mogą przetrwać tysiące lat

(Dan Tri) - Nowy kierunek w branży biotechnologicznej otworzył się właśnie wraz z oficjalną prezentacją systemu Atlas Eon 100 przez amerykańskich naukowców.

W historycznym kroku naprzód dla branży biotechnologicznej, 2 grudnia Atlas Data Storage, pionierska amerykańska firma, oficjalnie ogłosiła wprowadzenie na rynek Atlas Eon 100. Technologia ta umożliwia kodowanie danych w syntetycznym DNA, tworząc platformę pamięci masowej o żywotności znacznie przewyższającej jakiekolwiek obecnie dostępne nośniki.

Według badaczy może to być początek nowej ery archiwizacji biologicznej, w której cyfrowe dziedzictwo ludzkości będzie chronione w najbardziej zrównoważony sposób.

Atlas Eon 100 został oficjalnie zaprezentowany 2 grudnia (zdjęcie: Getty).

Od kodu binarnego do języka życia

Atlas Data Storage, firma z siedzibą w Kalifornii, twierdzi, że jej system Atlas Eon 100 to pierwsza komercyjna usługa pamięci masowej wykorzystująca syntetyczne DNA na dużą skalę. Informacje cyfrowe są konwertowane ze znanych ciągów zer i jedynek na cztery litery tworzące materiał genetyczny: adeninę (A), cytozynę (C), guaninę (G) i tyminę (T).

Kodowanie danych w DNA nie jest zupełnie nowym pomysłem. Jeden z pierwszych eksperymentów, opublikowany w czasopiśmie „Nature” w 2012 roku, pokazał, że naukowcy mogą przechowywać książki, zdjęcia i oprogramowanie w syntetycznym DNA z dużą precyzją.

W kolejnych latach kilka grup badawczych z University of Washington i Microsoft Research kontynuowało badania nad zdolnością DNA do stabilnego przechowywania, gdy jest ono przechowywane w suchych i ciemnych warunkach.

Badania z 2012 r. wykazały, że syntetyczne DNA może przechowywać książki, obrazy i oprogramowanie z dużą dokładnością, torując drogę do zrównoważonej technologii przechowywania danych w suchych i ciemnych warunkach (zdjęcie: Getty).

Nowość Atlasa Eon 100 polega na wdrożeniu tej technologii jako systemu, który można wdrożyć na poziomie przedsiębiorstwa. Firma twierdzi, że syntetyzowane DNA jest odwadniane i pakowane w optymalnych warunkach, aby zachować jego stabilność.

W tym stanie cząsteczki DNA nie ulegają utlenianiu ani biodegradacji, dzięki czemu dane mogą przetrwać tysiące lat bez konieczności zasilania lub regularnej konserwacji.

„Atlas jest zaszczycony, że jest jedyną firmą na świecie, która wdrożyła na dużą skalę produkt do przechowywania danych oparty na DNA, będący ukoronowaniem ponad dekady badań interdyscyplinarnych i zapewniający optymalne rozwiązanie do długoterminowego przechowywania danych” — powiedział Bill Banyai, założyciel Atlas Data Storage.

Atlas Eon 100 wykorzystuje specjalnie odwodnione i spakowane syntetyczne DNA, dzięki czemu dane mogą przetrwać tysiące lat bez konieczności zasilania prądem i konserwacji (zdjęcie: Getty).

Rozwiązania problemu długowieczności cyfrowej

Naukowcy wielokrotnie ostrzegali, że większość współczesnych nośników danych ma krótką żywotność. Mechaniczne dyski twarde zazwyczaj ulegają awarii po około 10 latach z powodu degradacji ruchomych części. Pamięć flash jest podatna na utratę danych po 1-2 dekadach z powodu upływu prądu. Płyty DVD i Blu-ray są również ograniczone procesem starzenia się materiałów optycznych.

Według Narodowego Instytutu Standardów i Technologii (NITI), wiele dużych centrów danych musi okresowo kopiować dane, aby zapobiec ich uszkodzeniu, co zwiększa koszty operacyjne. Każdego roku wyrzuca się miliony urządzeń pamięci masowej, co generuje znaczną ilość odpadów elektronicznych.

Krótki okres użytkowania dysków twardych, pamięci flash i płyt optycznych zmusza centra danych do ciągłego tworzenia kopii zapasowych, co zwiększa koszty i generuje duże ilości odpadów elektronicznych każdego roku (ilustracja).

Tymczasem DNA naturalnie okazało się solidną strukturą magazynującą. Próbki DNA starożytnych zwierząt znalezione w lodzie mogą przetrwać ponad milion lat. Badania opublikowane w czasopiśmie „Nature Communications” w 2021 roku wykazały, że DNA zachowuje wysoką stabilność w suchych i ciemnych warunkach, nawet w temperaturze pokojowej.

Atlas Eon 100 opiera się na tych dowodach. Firma twierdzi, że gęstość zapisu DNA jest tysiące razy większa niż w przypadku tradycyjnych dysków twardych. Duża ilość danych zmieści się w tubie o wielkości palca. Niezawodność deklarowana jest na poziomie 99,9999999999%, co oznacza, że ​​prawdopodobieństwo błędu jest praktycznie zerowe.

Możliwość zachowania dziedzictwa cyfrowego przez pokolenia

Eksperci ds. kultury i archiwiści postrzegają technologię DNA jako obiecujący sposób na długoterminowe przechowywanie informacji. W przypadku gdy dokumenty papierowe, filmy czy zapisy cyfrowe ulegają z czasem zniszczeniu, syntetyczne DNA mogłoby służyć jako trwała „fizyczna reprezentacja” danych.

Skany artefaktów, dokumentów historycznych, języków starożytnych czy nagrań ustnych można kodować i przechowywać bez konieczności reprodukcji. Muzea i biblioteki mogą znacznie obniżyć koszty utrzymania chłodni lub serwerów.

Kilka międzynarodowych grup badawczych zaproponowało wykorzystanie DNA do przechowywania informacji o miejscach dotkniętych zmianami klimatycznymi, w tym map, modeli architektonicznych i danych archeologicznych.

Syntetyczne DNA otwiera nowe możliwości bardziej zrównoważonego konserwowania dokumentów cyfrowych i artefaktów (zdjęcie: Getty).

W dziedzinie nauki zapotrzebowanie na długoterminowe przechowywanie dużych zbiorów danych gwałtownie rośnie. Repozytoria danych klimatycznych, biosymulacyjnych, obserwacji astronomicznych i danych szkoleniowych sztucznej inteligencji wymagają bezpieczniejszych rozwiązań.

Według szacunków Międzynarodowej Agencji Energetycznej, globalne centra danych zużywają około 460 TWh energii elektrycznej rocznie, co odpowiada zużyciu całej Francji. Migracja części danych do DNA mogłaby znacznie zmniejszyć to obciążenie energetyczne.

Ambicja rozbudowy do pojemności terabajtowej

Atlas Eon 100 jest obecnie w pierwszej fazie komercyjnego użytkowania. Długoterminowym celem firmy jest opracowanie systemu, który umożliwi przechowywanie danych w skali terabajtowej, jednocześnie obniżając koszty syntezy DNA do poziomu powszechnie dostępnego.

Nadal istnieją przeszkody techniczne. Koszt syntezy i sekwencjonowania DNA jest obecnie znacznie wyższy niż koszt przechowywania danych na nośnikach magnetycznych. Jednak tempo spadku cen w biologii molekularnej jest bardzo szybkie.

Według raportu amerykańskich Narodowych Instytutów Zdrowia (NIH), koszt sekwencjonowania DNA spadł w ciągu ostatnich dwóch dekad ponad milion razy. Jeśli ten trend się utrzyma, koszty przechowywania DNA mogą w przyszłości osiągnąć poziom przystępny cenowo.

Kilka międzynarodowych grup badawczych opracowuje również silniejsze algorytmy szyfrowania, aby zwiększyć gęstość informacji i zmniejszyć ryzyko błędów podczas ponownego odczytu danych. Metody ochrony DNA za pomocą materiałów krzemionkowych lub polimerowych mogą pomóc w zwiększeniu trwałości w różnych środowiskach.

Wprowadzenie na rynek Atlasa Eon 100 przenosi DNA z laboratorium do świata zastosowań. DNA od dawna uważane jest za optymalną strukturę do przechowywania informacji ze względu na wysoką kompresowalność i długotrwałą stabilność. Wykorzystanie tej właśnie zasady natury do rozwiązywania problemów z przechowywaniem staje się bardziej zrównoważonym podejściem w porównaniu z rozwiązaniami zależnymi od energii.

Biorąc pod uwagę prognozy, że globalny wolumen danych przekroczy 180 zettabajtów do końca tej dekady, zapotrzebowanie na metody długoterminowego przechowywania danych jest nieuniknione. Chociaż technologia DNA może nie zastąpić całkowicie elektronicznego przechowywania danych, ma ona potencjał, by stać się fundamentem dla danych wymagających najdłuższego okresu przechowywania.

Źródło: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/cong-nghe-dna-moi-mo-duong-cho-o-cung-song-co-tuoi-tho-hang-nghin-nam-20251209183924681.htm