DNA: prawie niezniszczalny i najbardziej pojemny nośnik danych

Adriana Żyła

Abstrakt

Dzięki ewolucji technologicznej prawie całkowicie zrezygnowano współcześnie z analogowej archiwizacji informacji (papier, klisza, obraz) na rzecz zapisu cyfrowego. Obecnie potrzeba magazynowania wytwarzanych i przetwarzanych informacji wzrasta w eksponencjalnym tempie. Coraz większą popularnością cieszą się tzw. chmury (cloud) internetowe. Rozwój naukowy podsuwa inne rozwiązanie, zainspirowane najstarszym, ale także niesamowicie trwałym nośnikiem informacji, czyli ciągiem kwasów nukleinowych: DNA. Co więcej, DNA jest bardzo trwałe, a zakonserwowane w odpowiednich warunkach niemal niezniszczalne w odniesieniu do długości ludzkiego życia. Ponadto informacja zawarta w kwasach nukleinowych jest bardzo skondensowana. Oznacza to, że w kilku probówkach możemy zapisać informację o całych serwerach danych. Naukowcy od lat myślą o zastąpieniu cyfrowych nośników danych informacjami zapisanymi w kodzie genetycznym. Dzięki rozwojowi nauki ta perspektywa staje się atrakcyjna.

DNA: an almost indestructible data carrier with incomparable capacity

Thanks to the technological evolution, analog methods of archiving information (paper, film, image) have been almost entirely replaced by digital storage. Currently, the need for storage of generated and processed information is growing at an exponential rate. The so-called clouds are becoming increasingly popular. Scientific advances suggest yet another solution, inspired by the oldest but also incredibly durable information carrier, i.e. a sequence of nucleic acids: DNA. Moreover, DNA is very durable, and preserved in appropriate conditions, almost indestructible in relation to human lifespan. Further, the information contained in nucleic acids is very condensed. This means that in a scant few test tubes we could store servers’ worth of information. Scientists have been thinking for years about replacing digital data carriers with information stored in the genetic code. Thanks to new scientific developments, this prospect is becoming attractive.

Słowa kluczowe: przechowywanie danych, nośniki danych, synteza DNA, magazynowanie danych, wysokoprzepustowe sekwencjonowanie, data preservation, data carrier, DNA synthesis, data storage, high-throughput sequencing
References

Bio Basic. Pricing and Turnaround, www.biobasic.com/genes-pricing/ [dostęp: 16.11.2021]. Carlson R., The changing economics of DNA synthesis, „Nature Biotechnology” 2009, t. 27, s. 1091–1094, DOI: 10.1038/nbt1209-1091 [dostęp: 16.11.2021].

Catalog. In the news, https://www.catalogdna.com/press [dostęp: 16.11.2021].

Ceze L., Nivala J., Strauss K., Molecular digital data storage using DNA, „Nature Reviews Genetics” 2019, t. 20, s. 456–466, DOI: 10.1038/s41576-019-0125-3 [dostęp: 16.11.2021].

Church G.M., Gao Y., Kosuri S., Next-generation digital information storage in DNA, „Science” 2012, t. 337, s. 1628–1628.

Davis J., Microvenus, „Art Journal” 1996, t. 55, nr 1, s. 70–74.

ETH Zurich. Robert Grass, https://control.ee.ethz.ch/people/profile.robert-grass.html [dostęp: 16.11.2021].

Goldman N. et al., Towards practical, high-capacity, low-maintenance information storage in synthesized DNA, „Nature” 2013, t. 494, s. 77–80.

Grass R. et al., Robust chemical preservation of digital information on DNA in silica with error- correcting codes, „Angewandte Chemie. International edition” 2015, t. 54, z. 8, DOI: 10.1002/ anie.201411378 [dostęp: 16.11.2021].

Ionkov L., Settlemyer B., DNA: The Ultimate Data-Storage Solution, „American Scientific” 2021, https://www.scientificamerican.com/article/dna-the-ultimate-data-storage-solution [dostęp: 16.11.2021].

Li-Fu S., Zeng-Hua D., Zi.-Yi G., Lu-Lu L., Bing-Zhi L., Large-Scale de novo Oligonucleotide Synthesis for Whole-Genome Synthesis and Data Storage: Challenges and Opportunities, „Frontiers in Bioengineering and Biotechnology” 2021, t. 9, DOI: 10.3389/fbioe.2021.689797 [dostęp: 16.11.2021].

Meiser L.C., Antkowiak P.L., Koch J. et al., Reading and writing digital data in DNA, „Nature Protocols” 2019, t. 15, s. 81–101, DOI: 10.1038/s41596-019-0244-5 [dostęp: 16.11.2021].

Mikhail Samoilovich Neiman (1905–1975), https://sites.google.com/site/msneiman1905/eng [dostęp: 16.11.2021].

NextSeq® 500 System WGS Solution, www.illumina.com/documents/products/appnotes/appnote-nextseq-500-wgs.pdf [dostęp: 16.11.2021].

Paunescu D., Fuhrer R., Grass R., Protection and deprotection of DNA - high-temperature stability of nucleic acid barcodes for polymer labeling, „Angewandte Chemie” 2013, t. 52, z. 15, s. 4269–4272, DOI 10.1002/anie.201208135 [dostęp: 16.11.2021].

Reinsel D., Ganta J., Rydning J., The Digitization of the World. From Edge to Core, Data Age 2025, listopad 2018, https://www.seagate.com/files/www-content/our-story/trends/files/idc-seaga-te-dataage-whitepaper.pdf [dostęp; 16.11.2021].

Schwarz C., Debruyne R., Kuch M. et al., New insights from old bones: DNA preservation and degradation in permafrost preserved mammoth remains, „Nucleic Acids Research” 2009, t. 37 (10), s. 3215–3229, DOI:10.1093/nar/gkp159 [dostęp; 16.11.2021].

Synthesis Rob Carlson. On DNA and Transistors, www.synthesis.cc/synthesis/category/Carlson+Curves [dostęp: 16.11.2021].

YouTube. Introduction to DNA-based data storage and CATALOG, https://www.youtube.com/watch?v=IiPvJfbq2No [dostęp: 16.11.2021].

Pierwotną wersją czasopisma jest wersja elektroniczna publikowana w Internecie.