К настоящему времени человечество достигло огромного прогресса в развитии компьютерных сетей

К настоящему времени человечество достигло огромного прогресса в развитии компьютерных сетей. В то же время развитие вычислительной техники связано с очень быстрым ростом количества информации, которую надо где-то хранить. А теперь представьте себе флешку, которая обладает свойствами дамской сумочки: может вместить в себя не только ваш домашний фотоархив и коллекцию любимых фильмов, но и копию всего интернета! Не верите, что такое возможно? А будущее уже здесь, оно уже наступило. Надо всего лишь в качестве носителя информации использовать не флешку, а молекулу ДНК. Действительно, в обычной памяти компьютера вся информация представлена последовательностью из нулей и единиц. В ДНК у нас есть целых 4 нуклеотида, буквы А, Т, Г, Ц, которые мы можем использовать для записи. То есть теоретически мы можем хранить по 2 бита в одном нуклеотиде.

Почему же ДНК может помочь нам в создании таких вместительных носителей информации? В чём же её преимущество? А оно как раз и заключается в том, что в качестве непосредственных носителей информации выступают нуклеотиды: составные звенья внутри молекулы. То есть одна единственная молекула несёт в себе несколько сотен байт информации. В распространённых сейчас твердотельных накопителях (в народе - флешках) размер одной ячейки памяти составляет десятки нанометров. И одна ячейка может хранить 1 бит информации (ноль или единицу). В то же время, в этом физическом объёме может поместиться несколько молекул ДНК (особенно если их хорошо упаковать). Таким образом, выигрыш в плотности записи получается колоссальным. В чём же проблема такого хранения, почему у нас до сих пор на прилавках нет ДНК-флешек? Ответ очень прост: технологии записи и чтения информации с ДНК весьма сложны и пока остаются слишком дорогими для массового потребителя. Более того, до последнего времени существовала проблема с надёжностью хранения данных в ДНК: дело в том, что структура этой молекулы такова, что она дестабилизируется при наличии длинных повторов одного и того же нуклеотида. К тому же, запись и чтение информации с ДНК подвержено ошибкам.

Недавно сотрудники Колумбийского университета и Геномного центра в Нью-Йорке представили новую перспективную схему записи данных на молекулу ДНК. Они сумели записать и успешно прочитать с ДНК киноролик братьев Люмьер «Прибытие поезда» и даже образ операционной системы Kolibri OS. Основным достижением здесь был отнюдь не объём записанной информации, а чтение её без ошибок. В чём же секрет? Вы когда-нибудь задумывались, что случится, если внезапно «упадёт» один из серверов Google? А ничего не случится: вы просто ничего не заметите. Дело в том, что в компьютерной технике уже давно используется дублирование данных: фрагменты одного и того же файла хранятся в нескольких разных местах, зачастую на разных концах Земного шара. Похожую технологию применяли и здесь: файлы сначала нарезали на фрагменты, а потом несколько произвольных фрагментов записывали на молекулу ДНК. Каждый фрагмент был дополнен контрольной суммой и записан на нескольких молекулах, что позволило восстанавливать информацию даже при потере нескольких молекул. Надо понимать также, что работа с одной-единственной молекулой ДНК также невозможна, поэтому перед чтением информации молекулы размножают с помощью полимеразной цепной реакции (ПЦР). Но, как мы уже знаем, никакие ошибки нам уже не страшны. В проведённых экспериментах было показано, что протокол позволяет успешно прочитать данные при потере 5% молекул ДНК.

Представленная работа подчёркивает, какой значительный прогресс достигнут в работе с ДНК. Возможно, очень скоро мы увидим и принципиально новые носители данных на основе молекул ДНК: хранителя информации, изобретённого природой. Это будет замечательным дополнением к разрабатываемым сейчас квантовым компьютерам. А пока будем радоваться удобным флешкам и вместительным женским сумкам, а также их владелицам, которые знаменуют собой приход весны. С праздником, девушки!

Статья – http://science.sciencemag.org/content/355/6328/950

Источник: science.sciencemag.org

Комментарии: