Днк как место хранения информации

ДНК КАК МЕСТО ХРАНЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ

Андросова А.А.,

студент специальности «Организация перевозок и управление на транспорте (по видам)»,

ОБПОУ «Курский автотехнический колледж»

Научный руководитель - Авдулова И.В., преподаватель физики

ОБПОУ «Курский автотехнический колледж»

По данным исследования международной консалтинговой компании, которая занимается изучением телекоммуникаций и цифровых сетей, к 2025 году человечество будет генерировать до 200 зеттабайт в год. Одной из важнейших задач IT-сферы является хранение этих данных, так как количество информации для переработки стремительно возрастает. Так как старые методы хранения информации вскоре станут не способны справиться с таким объёмом информации и для них будет недостаточно места. Поэтому большинство специалистов в этой области стараются найти новые качественные способы для экономии имеющихся ресурсов.

Основными способами решения таких проблем является поиск выгодных мест расположения ЦОД, которые в состоянии уменьшить затраты на содержание таких данных. Например, проект Natick компании Microsoft. Используя защищенные водонепрницаемые капсулы, серверы были помещены в Тихий океан. При проверке спустя два месяца они обнаружились абсолютно целыми. Другой проект реализуется в условиях холодного климата. Так дата-центр был построен в Исландии. Другие ЦОД расположились в каменоломнях на северо-востоке США.

Совершенно новый подход, заинтересовавший учёных, - это хранение информации в ДНК живых существ. Ведь любой носитель данных в конечном итоге устаревает. На его смену приходит совершенно новый, более технологичный. По мнению учёных, ДНК - это часть живых организмов. Она не может устареть, так как человек - это наиболее высокотехнологичный объект, который не поддается полному изучению до сих пор.

ДНК состоит из двух соответствующих друг другу цепей, каждое из которых закручено в спираль вокруг общей оси и состоит из отдельных фрагментов-нуклеотидов. Цепи удерживаются водородными связями, которые образуются между строго определенными парами нуклеотидов: аденин (А) – тимин (Т), цитозин (Ц) – гуанин (Г) [1, c. 116]. Именно на этих фрагментах происходит запись большинства наследственных свойств.

Дезоксирибонуклеиновая кислота имеет преимущество - потенциально огромный объём хранения информации на ряду с неизменной актуальностью самой ДНК. Компактность ДНК по оценкам учёных равна возможной плотности информации на один кубический миллиметр – 1 эксабайт, что равно 10¹⁸ байт.

Ещё одним явным преимуществом использования ДНК как хранилище информации является долговечность. ДНК может храниться до 500 лет, по сравнению с обычным накопителем, способным быть в рабочем состоянии до 10 лет. Причем IT-специалисты рекомендуют обновлять флеш-накопители каждые 5 лет во избежание потери информации.

Главными факторами, которые ограничивают развитие ДНК являются:

• дороговизна исследований;

• мутация ДНК, способная встроить ошибки.

Первые исследования в этой области начались ещё в 90-е годы 20 го века. Так в июне 1999 года в США вышла статья, рассказывающая о технологии отправки секретных сообщений с помощью ДНК. Последовательность нуклеидов, содержащихся в синтезированной молекуле, которые были сформированы с помощью четверичного кода, была успешна, дешифрована в другой лаборатории.

Крейг Вентер в мае 2010 года взял бактериальную клетку, очищенную от генома, и в нее поместил сформированную последовательность оснований. С помощью четверичного кода были встроены имена ученых и цитаты из произведений классической литературы.

Джордж Черчь с группой ученых с помощью двоичного кода закодировал книгу объемом 52000 слов, пару изображений и программу на Java. Объем информации составил 1018 байт на 1 грамм молекул.

Журнал Science в марте 2017 года опубликовал статью, что ученые из Колифорнийского университета записали 2*10¹⁷ байт на 1 грамм ДНК информации и не потеряли ни одного байта [2].

И это малая часть всех исследований.

Для записи информации на ДНК существует два подхода: это кодирование уже существующей информации о некотором организме и синтез совершенно новой молекулы.

Ученые из Техноогического университета Уотерфорда в Исландии предложили хранить информацию внутри штамма Novablue бактерии кишечной палочки. Она практически статична, что обеспечивает лучшую сохранность информации, причем её размер достигает 1 зеттабайт данных [3].

В 2018 году стартап Catalog предлагал внедрить технологию по генерированию большого количества видов молекул, позволяющих рекомбинировать заготовленные молекулы не создавая новые. Так, кодируется каждый вид молекул под определенную букву и просто печатается «молекулярный текст». В этом году та же компания опубликовала результаты исследования, в ходе которых смогли записать все страницы англоязычной «Википедии» на своеобразную «флешку», состоящую из синтетических нитей ДНК.

Подводя вывод всему выше сказанному, можно выделить следующее: открытая не так давно молекула ДНК в будущем может быть не просто частью живых организмов, но и инструментом передачи, хранения и обработки информации.

Литература и источники:

1. Популярная медицинская энциклопедия: энциклопедическое издание / ред. В.И. Покровский, Л.О. Бадалян.- 4-е изд., - Ул.: «Книгочей», 2007 – 688 с.

2. Экологический дайджест: новостной портал / FacePla.net. URL:  https://www.facepla.net/the-news/nature-news-mnu/3177-dna-memory.html (дата обращения: 15.11.2019)

3. Ежедневная научно-популярная хроника: новостной портал / ООО «i10.ru». [СПб]. URL: https://hi-news.ru/technology/uchyonye-pridumali-novyj-sposob-xraneniya-dannyx-vnutri-dnk.html (дата обращения: 07.11.2019)