Постоянно растущий объем цифровых данных, которые производит и которыми пользуется сейчас человечество, становится одной из больших проблем, решение которых не стоит откладывать в долгий ящик. Использование жестких дисков требует постоянного расхода энергии, а электронные, магнитные и оптические носители информации имеют тенденцию со временем приходить в негодность. Поэтому ученые постоянно находятся в поиске альтернативных методов хранения информации, которые обеспечат долгосрочную сохранность данных при небольшой стоимости и эксплуатационных затратах. Одним из таких альтернативных методов хранения информации ученые признают метод кодирования информации в виде последовательности молекул ДНК, который, благодаря современному уровню развития технологий, можно начинать применять на практике уже в ближайшее время.
Согласно расчетам, проведенным учеными из Европейского института биоинформатики (European Bioinformatics Institute, EBI), в молекулах синтетической ДНК, размещенных в объеме обычного стакана, можно закодировать 100 миллионов часов высококачественной видеоинформации. При этом, для хранения информации не требуется расхода энергии, а при условии поддержания определенных условий окружающей среды информация может надежно храниться в течение десятков тысяч лет.
«Мы уже уверены в том, что ДНК является весьма надежным способом хранения информации благодаря тому, что сейчас мы уже в состоянии извлечь, обработать и использовать информацию, заключенную в ДНК, взятой из останков доисторических животных» — рассказывает Ник Гольдман (Nick Goldman), ученый из Европейской лаборатории молекулярной биологии (European Molecular Biology Laboratory), возглавлявший данные исследования — «А благодаря уровню развития современных генетических технологий ничто не мешает синтезировать сколь угодно длинные молекулы ДНК с определенной последовательностью оснований, в которой буде закодирована необходимая нам информация».
Ник Гольдман и Иван Бирни (Ewan Birney) в статье, опубликованной в журнале «Nature», излагают проблемы, которые возникают при использовании ДНК в качестве системы хранения информации: «Генетические методы позволяют производить в больших количествах только короткие цепочки ДНК, состоящие из определенных последовательностей оснований. При составлении длинных молекул ДНК из коротких цепочек и при считывании из них информации могут возникать ошибки, поэтому нам пришлось разработать специальный метод кодирования и индексации информации, позволяющий откорректировать возникшие ошибки» — пишет в статье Иван Бирни, — «При использовании нашего метода каждая единица информации кодируется четырьмя одинаковыми короткими фрагментами и для возникновения ошибки требуется, чтобы в этих последовательностях на одном и том же месте возникла одинаковая ошибка, что весьма и весьма маловероятно».
Гольдман и Бирни обратились к специалистам калифорнийской биотехнологической компании Agilent Technologies, которая специализируется на синтезе молекул ДНК с заранее заданной последовательностью. Они передали разработанный ими метод кодирования информации и несколько различных файлов, среди которых были файлы, содержащие видео, аудио, изображения и текстовую информацию. Используя метод кодирования, специалисты компании Agilent Technologies синтезировали длинные нити ДНК.
Эти нити ДНК были переданы назад в институт EBI, где их последовательности были прочитаны и декодированы совершенно без ошибок. «Если вы знаете принцип кодирования, и у вас имеется устройство для считывания последовательности ДНК, вы сможете прочесть хранимую информацию в любой удобный для вас момент времени» — рассказывает Гольдман.
В настоящее время исследователи занимаются совершенствованием алгоритма кодирования информации, после чего он станет основой жизнеспособной с практической точки зрения системы генетического хранения информации, работы по созданию опытного образца которой уже ведутся в настоящее время.