ДНК была открыта в 1953 году американским биохимиком Джеймсом Уотсоном и английским физиком Френсисом Криком. В 1962 году за данное научное достижение они были удостоены Нобелевской премии. В конце 90-х годов генетики начали изучать ДНК вымерших видов, анализируя волосы и кости, хранящиеся в замерзшей тундре. В то время большинство компьютеров хранили данные на дискетах, которые занимали всего 1,44 Мб памяти - меньше, чем одно селфи. Мало того, что их емкость хранения незначительна по сегодняшним стандартам, но восстановление их данных практически невозможно из-за ухудшения их материалов и специального оборудования, необходимого для их считывания.
В современном мире уже не выпускают компьютеры, снабженные разъёмом для дискет ввиду прекращения их потребительского оборота. По словам главного исследователя Microsoft Карин Штраус, для хранения данных, которые мы производим, в будущем потребуется значительно большая плотность хранения. Кроме того, долгосрочное архивирование будет зависеть от сохранения данных в формате, который будет оставаться читаемым.
Идея хранения данных в ДНК возникла еще до появления Microsoft и дискет, если не со времен мамонтов :) ДНК - это витая лестница с перекладинами, состоящая из четырех различных подложек, которые соединяются парами для удержания лестницы вместе. Порядок расположения этих субстратов, известный как основания, содержит "инструкции по сборке" для организма. Основной функцией ДНК является транспортировка потомственной информации по родственной линии за счет редупликации (удвоения).
Удвоение ДНК основано на том, что при распределении нитей к каждой из них возможно достроить комплементарную копию. В результате получаются полностью идентичные друг другу две нити молекулы ДНК. Молекулы ДНК существуют в каждой клетке любого организма и находятся в клеточном ядре в форме хромосом. Зачастую ДНК называют "строительным материалом жизни", так как в ней хранится генетический код.
ДНК похожа на пленку какого-нибудь магнитофона, на которой хранятся инструкции по созданию магнитофона и правила его эксплуатации. В конце 60-х годов ученые поняли, что ДНК может нести другую информацию, если исследователи будут диктовать порядок расположения баз, а машины смогут прочитать этот порядок. Ген содержащийся в ДНК отвечает за определенные особенности строения и функционирования организма и определяют его возможности и предрасположенность к разнообразным генетическим, наследственным заболеваниям.
Благодаря прогрессу в секвенировании геномов и генной инженерии, эти процессы, наконец, стали эффективными за последние пару десятилетий. Компьютеры также эволюционировали, стали более мощными. Тем не менее, никто не знал, как эффективно извлекать точные кусочки информации из ДНК. Эта задача "не тривиальная", говорит Луис Цезе, специалист UW по компьютерам, который руководит исследовательской инициативой Microsoft совместно со Штраусом.
В этом году совместными усилиями Microsoft и UW Карин Штраус, Луис Цез и их коллеги продемонстрировали, как ДНК может помочь будущим центрам обработки данных. Группа объединила программное обеспечение, кодирующее и декодирующее данные в ДНК, с машинами, которые производят генетический материал и готовят его для считывания с помощью этого программного обеспечения. С помощью этой системы им удалось сохранить и вернуть слово "привет". Весь процесс занял 21 час, но, что очень важно, он был полностью автономным.
"Чтобы хранение ДНК было практичным, мы должны удалить человека из петли", - говорит Карин Штраус.
Тем не менее, некоторые ученые сомневаются, что ДНК - лучшая молекула для хранения какой-либо информации.
"Структура естественной ДНК возникла четыре миллиарда лет назад. За это время в ДНК накопилось много эволюционного багажа, который может препятствовать нормальной работе компьютеров, например, физические различия в поведении пар оснований", - отмечает Стивен Беннер, выдающийся ученый Фонда прикладной молекулярной эволюции.
Для решения этой проблемы Стивен Беннер разработал четыре искусственных основания, которые работают аналогично основаниям ДНК, но не имеют унаследованных различий.
Карин Штраус с уважением признает багаж знаний и многолетний опыт Стивена Беннера. Однако она отмечает, что эти миллиарды лет эволюции стали хорошей отправной точкой. Не менее важно, отмечает она, что существует обширная биотехнологическая индустрия, разрабатывающая оборудование, которое может помочь доставить хранилище ДНК из лаборатории в центр обработки данных.
"Я думаю, что ДНК - лучшая первая молекула для молекулярной информационной технологии", - говорит Карин Штраус.