Сможем ли мы как Бог хранить информацию
ДНК можно использовать для надежного хранения огромного количества цифровых данных. Однако найти или использовать конкретные данные, закодированные в этих молекулах, до сих пор было трудновыполнимой задачей. Исследователи из CNRS и Токийского университета стали пионерами в разработке и применении нового метода считывания информации из ДНК, используя ферменты. Благодаря этим новациям, появились новые направления, как можно преодолеть эти технические препятствия.
ДНКО своих выводах команда сообщает в журнале Nature («Нелинейное принятие решений с помощью ферментативных нейронных сетей»).
Но как найти конкретное данное в библиотеке информации, хранящейся в виде ДНК? И как можно производить расчеты с данными, закодированными в ДНК, напрямую, без предварительного преобразования их обратно в электронные данные? На эти вопросы пытались ответить команды из исследовательских лабораторий LIMMS (CNRS/Токийский университет) и Gulliver (CNRS/ESPCI). Они тестируют новый подход с использованием ферментов и задействуя искусственные нейроны и нейронные сети для прямых операций с данными ДНК.
Природа, бесспорно, изобрела лучшее решение для хранения огромного количества данных: ДНК. Это понимание вдохновило ученых использовать ДНК в качестве хранилища цифровых данных. Главная задача — это преобразования двоичного кода ( чисел 0 или 1) в одну из четырех различных «букв» ДНК (A, T, C или G).
В частности, исследователи использовали реакции трех ферментов для создания химических «нейронов», которые воспроизводят сетевую архитектуру и способность к сложным вычислениям, характерные для настоящих нейронов. Созданные химические нейроны могут выполнять вычисления с данными о цепях ДНК и выражать результаты в виде флуоресцентных сигналов.
Команды LIMMS и Gulliver также внедрили инновации, собрав два слоя искусственных нейронов для уточнения вычислений. Точность еще больше повышается за счет микрожидкостной миниатюризации реакций, что позволяет проводить десятки тысяч реакций.
Плод десятилетнего сотрудничества между французскими биохимиками и японскими микрофлюидными инженерами можно смело назвать прорывом, который может в конечном итоге позволить улучшить скрининг определенных заболеваний, а также манипулировать гигантскими базами данных, закодированными ДНК.
Вдали от воды, воздуха и света ДНК может сохраняться в течение сотен тысяч лет без каких-либо затрат энергии. А в капсуле диаметром несколько сантиметров он может вместить до 500 терабайт цифровых данных. Ожидается, что к 2025 году общий объем цифровых данных, генерируемых людьми, достигнет 175 зеттабайт (зеттабайт равен 1021байту, т. е. один миллиард триллионов).
Поскольку современные носители данных относительно громоздки, хрупки и энергоемки, ДНК может стать жизнеспособной альтернативой, которая сможет хранить все существующие данные в объеме обувной коробки. Создание механизмов для оперирования данными ДНК станет целью приоритетной исследовательской программы PEPR MoleculArxiv.