Китайская академия наук представила первую в мире струйную систему ДНК-печати по принципу «подвижного шрифта». Это революционное изобретение, значительно превосходящее аналоги по скорости и радикально снижающее затраты, может переопределить будущее хранения данных.
Аппарат «Би Шэн-1» площадью около шести квадратных метров записывает данные в генетический материал с высокой точностью декодирования. Это достижение может стать прорывом в условиях надвигающегося кризиса хранения данных.
Прогнозируется, что к 2028 году объем глобальных данных достигнет 394 зеттабайт, и традиционные кремниевые носители уже не справляются с нагрузкой, сталкиваясь с растущими энергозатратами и физическими ограничениями.
ДНК как носитель информации
Ученые давно признали ДНК — «план жизни» — замечательным естественным носителем данных. Информацию можно кодировать в последовательности ДНК, сопоставляя двоичный код (0 и 1) с четырьмя нуклеотидными основаниями (A, T, C, G). Невероятно, но всего один килограмм ДНК может веками хранить все существующие данные.
Однако существующие технологии ДНК-хранения, подобные традиционной ксилографии (гравюре на дереве), требуют синтеза длинных цепочек ДНК для каждого фрагмента данных, что делает процесс медленным, дорогим и не позволяет эффективно повторно использовать общие элементы.
От биологии к байтам: вдохновение древним методом
Вдохновившись китайской печатью подвижным шрифтом XI века, китайские ученые разработали систему, в которой заранее создаются короткие фрагменты ДНК (24 пары оснований), выполняющие роль повторно используемых «литер».
Эти блоки можно напрямую хранить в плазмидах in vitro или в живых организмах, например, бактериях E. coli. Кроме того, их можно копировать просто путем размножения бактерий.
В ходе экспериментов, описанных в журнале Advanced Science, устройство напечатало 168 000 ДНК-букв всего за пять часов, используя многоэтапный ферментный метод связывания. Результатом стало сохранение 43,7 КБ данных из четырех файлов (стихотворение на китайском, изображение панды, народная песня и короткий видеоролик) со скоростью 4 байта в секунду.
Для сравнения, лучшие коммерческие ДНК-синтезаторы на рынке сегодня имеют скорость записи всего 0,49 байта в секунду.
Благодаря древней мудрости и инженерным инновациям, ученым удалось удешевить хранение данных в ДНК до 122 долларов за МБ, что намного меньше лучшей коммерческой стоимости в 3260 долларов за МБ.
Будущее ДНК-хранилищ
Разработчики рассматривают ДНК-принтер как краеугольный камень масштабируемой экосистемы хранения данных, которая может применяться для медицинских архивов, записей видеонаблюдения и сохранения культурного наследия.
«Благодаря высокой плотности, долговременной стабильности, почти нулевому энергопотреблению и устойчивости к помехам, ДНК-хранилища идеально подходят для редко используемых данных, которые составляют около 80% всего массива информации», — уверен Чэнь Фэй из Пекинского института геномики КАН.
Следующее поколение системы — «Би Шэн-2» — будет значительно компактнее. По словам Чэня, его цель — снизить стоимость до «центов за МБ», а объем довести до терабайта.