Внедрение информации в ДНК обещает значительно увеличить плотность цифровых архивов, так как молекулы ДНК способны воспроизводить последовательности нуклеотидных оснований, сравнимые с редактированием и выполнением кода. До недавнего времени учёные могли выполнять только одну из этих задач, что было далеко от идеала при создании биокомпьютеров для одновременного хранения и обработки информации. Исследователи из США утверждают, что нашли решение этой проблемы.
Исследователи из Университета Северной Каролины (NC) и Университета Джонса Хопкинса (Johns Hopkins University) создали, по их утверждению, прототип всех будущих ДНК-компьютеров — систему, которая выполняет все вычислительные функции с использованием цепочек нуклеиновых кислот, включая хранение, считывание, удаление, перемещение и перезапись данных, а также управление этими функциями, как это делает обычный программируемый компьютер.
«Считалось, что, хотя хранение данных в ДНК может быть полезным для долгосрочного хранения информации, было бы трудно или невозможно разработать ДНК-технологию, которая охватывала бы весь спектр операций, присущих традиционным электронным устройствам, — поясняют авторы работы. — Мы продемонстрировали, что эти технологии, основанные на ДНК, жизнеспособны, потому что мы их создали».
Основа разработки — технология упорядоченного и иерархического расположения ДНК, в отличие от традиционного подхода, когда учёные работают со свободно плавающими в растворе молекулами. Исследователи создали разветвлённую волокнистую структуру из дендриколлоида диаметром 50 микрометров. ДНК встраиваются в древовидную сеть полимерных нитей, что упрощает процесс стирания и перезаписи определённых участков, подобно работе с жёстким диском.
При этом считывание не разрушает информацию (ДНК), поскольку она извлекается из основы путём воспроизведения необходимых участков в РНК — естественная функция, присущая механизму дублирования с использованием ДНК на протяжении миллиардов лет. Одним из ключевых достижений стало обнаружение учёными способа различать ДНК и основание (волокна, в которые вплетены эти молекулы). Затем исследователи продемонстрировали возможность выполнения вычислений с этими данными (нуклеотидными основаниями) подобно тому, как это происходит на обычном компьютере.
Эксперименты по искусственному старению образцов показали, что при температуре +4 °C данные могут храниться до 6000 лет, а при замораживании до -18 °C — до 2 миллионов лет. Один кубический сантиметр предложенной основы — дендриколлоида — способен вместить до 10 петабайт информации. Это открывает перспективы для увеличения ёмкости долгосрочного хранения данных, которые переживут не одну цивилизацию на Земле.
По материалам:
3dnews
