Memoria ADN

Ce înseamnă?

Este posibil ca în curând să nu mai folosim stick-uri și DVD-uri pentru a stoca memorie digitală, ci lamele cu ADN, în care informațiile sunt codificate prin intermediul bazelor azotate și a unui secvențiator de ADN pentru decodare și citire.

De ce este necesară?

Cantitatea de informație digitală creată crește de zece ori în perioade de câte cinci ani, iar cantitatea creată în ultimii doi ani depășește totalul anterior. În acest ritm informația va fi creată mai repede decât pot fi fabricate noi hard disk-uri. De asemena, mai există și problema depozitării acestori hard disk-uri.

Nu toate informațiile trebuie păstrate, dar din moment ce nu ne vom opri din facut muzică, înregistrări, filme sau poze în viitorul apropiat, vom avea nevoie să rezolvăm această problemă.

O soluție posibilă este un mod mai compact de stocare, iar modul naturii de păstra informația, ADN-ul, având o capacitatea de stocare de 215 milioane gigabyte într-un gram, poate fi aceată soluție.

ADN-ul are, de asemenea, alt avantaj, anume că poate rămane în condiție bună pentru mii de ani, conform spuselor lui Yaniv Erlich, profesor și cercetător la Universitatea Columbia: ADN-ul nu se va degrada cu timpul, asemena casetelor sau CD-urilor, deci nu va deveni inutil.

Cum funcționează?

Prima încercare de a folosi ADN-ul în acest scop a fost în anul 2012 la Universitatea Harvard, când o echipă de geneticieni condusă de George Church și Sriram Kosuri au codificat o carte de aproximativ 52000 de cuvinte (un manual de genetică scris, în parte, de către Church) folosind baze azotate.

Modul de codificare a fost prin asocierea unui segment de biți cu nucleotidele. De exemplu, adenina(A) ar fi echivalentă cu 00, citozina (C) cu 01, timina (T) cu 10 și guanina (G) cu 11 iar pentru a codifica secvența 01111000 o separăm în perechi: 01-11-10-00, ce corespunde cu C-G-T-A.

După ce ordinea e hotărată, secvența e creată prin reacții chimice, reacții ce sunt posibile datorită echipamentului ce amestecă bazele cu alte substanțe pentru a le aduce în ordinea dorită.

Acest proces are avantajul de a crea și copii după fiecare secvență, iar acest lucru este necesar datorită faptului că aceste secvențe vor fi citite de un secvențiator ce are posibilitatea de a le distruge după citire.

Din moment ce cu cât o secvență este mai lungă e mai greu de creat chimic, o singură secventă poate conține, aproximativ, 20 de octeți, ceea ce nu este suficient, deci  informația va fi secvențiată, iar fiecare secvență va avea un indicator pentru ca acestea să fie în ordinea corectă când vor fi citite.

Această primă încercare a fost relativ ineficientă, reușind să stocheze aproximativ 1.28 petabiți per gram de ADN, departe de limita teoretică de 215 petabiți per gram sau 1.8 biți per nucleotidă.

Încercări ulterioare au fost mai eficiente, dar niciuna nu a ajuns la mai mult de jumătatea limitei teoretice.

Yaniv Erlich și Dina Zielinski au considerat că se pot apropia mai mult de limită, începând prin analizarea algoritmilor folosiți pentru codificare și decodificare. Au început folosind șase fișiere incluzând un virus, un studiu din 1946 al lui Claude Shannon și filmul francez „L’Arrivée d’un train en gare de La Ciotat”. Cei doi cercetători au convertit fișierele în secvențe de 0 și 1, le-au comprimat într-un singur fișier și apoi le-au separat în secvențe scurte de cod binar.

Cei doi au creat un algoritm numit „DNA-Fountain” , care aranjează secvențele, la întâmplare, ulterior fiind adăugate etichete pentru a le ordona.

În total, au creat o listă digitală de 72000 de secvențe de ADN, alcătuite din câte 200 de baze.

În urma decodificării nu au apărut erori, iar cei doi cercetători și-au îndeplinit scopul, reușind să codifice 1.6 biți per nucleotidă, 85% din limita teoretică. În total, au creat o listă digitală de 72000 de secvențe de ADN, alcătuite din câte 200 de baze.

Când o vom folosi?

Nu vă aruncați stick-urile deorece această metodă de stocare nu este gata să fie utilizată pe scară largă, după cum au declarat Kosuri și Erlich, deoarece este încă ineficientă, putând fi scrise doar câteva sute de octeți pe secundă, luând deci câteva ore pentru a salva o poză. Actualmente costă 7000 de dolari pentru a sintetiza o cantitate de 2 megabyte de informație și încă 2000 pentru a o citi. Este foarte probabil că pe viitor memoria ADN va fi fezabilă pentru utilizarea cotidiană, dar deocamdată trebuie să ne mulțumim cu vechile metode.