Vad är DNA-datalagring? Är det framtiden för lagring?

Under decennierna har lagringstekniken utvecklats och blivit bättre. Det har gått från CD-skivor och disketter till hård- och solid-state-enheter. Men fortfarande har vi ett problem: mängden lagring som är tillgänglig och som produceras klarar inte av den data vi fortsätter att producera.

Så, skulle DNA-lagring lösa problemet? Kan data lagras i DNA?

Vad är DNA-datalagring?

DNA-datalagring är processen att använda DNA-molekyler som ett lagringsmedium. Till skillnad från de optiska och magnetiska formerna av lagringsteknik som finns idag, kommer DNA-data inte att lagras i binära siffror (d.v.s. 1:or och 0:or). Istället skulle de kodas in i DNA-nukleotidbaser (A, C, G, T) och lagras. Dessa strängar omvandlas sedan till binära siffror vid behov.

Just nu finns det över 11 biljoner gigabyte data, med minst 2,5 miljoner gigabyte mer läggs till varje dag. De datalagringsmedier som finns tillgängliga i världen kan inte hålla jämna steg med denna enorma ökning. DNA-lagring är en lösning på detta problem med lagring.

Hur fungerar DNA-datalagring?

DNA står för deoxiribonukleinsyra. Det är en komplex organisk molekyl som bär genetisk information från en levande varelse. Det finns i alla människor och lagrar information som hudfärg, ögonfärg, höjd och andra fysiska och biologiska egenskaper.

En DNA-spiral har flera och alternerande par av fyra unika baser. De är adenin (A), guanin (G), cytosin (C) och tymin (T). Dessa baser är kopplade till DNA-spiralen i par, så kallade baspar. De två basparen är adenin-tymin och guanin-cytosin.

Data lagras i binära siffror (1:or och 0:or) i traditionell datoranvändning. I DNA-datalagring lagrar och kodar de fyra nukleotidbaserna (A, C, G, T) data. Information lagras i permutationer av tre nukleotidbaser, så kallade kodoner.

DNA-lagring består av tre processer: kodning av data, syntetisering och lagring av den samt avkodning av den. Binära koder som innehåller information översätts till DNA-koder eller kodoner med hjälp av en algoritm. De deponeras sedan i en behållare i en sval och reglerad miljö. Den DNA-bärande informationen kan frysas i lösning, lagras som droppar eller lagras på silikonchips.

Forskare arbetar med att göra avläsningen av DNA-lagring snabbare och billigare. Från och med nu måste data som lagras i DNA tas till labbet för att avkodas till felfri binär information, och det tar lång tid.

Som sådan kan det ta lite tid innan DNA-datalagringsenheter blir lättillgängliga billiga enheter som allmänheten kommer att använda.

Mer forskning pågår inom DNA-lagringsteknik, och det kommer inte lätt att störta de befintliga lagringsmetoderna ännu. Men om några år, när mer forskning och tekniska genombrott görs, kommer data att lagras i DNA, vilket löser problemen med rymd, säkerhet och försämring.

Vad är lagringskapaciteten för DNA-datalagring?

DNA-datalagring är den föredragna lösningen för lagringsbristproblemet eftersom det kan lagra stora mängder data på väldigt lite utrymme. Ett gram DNA kan lagra 215 petabyte data. En petabyte är 1 024 terabyte. Så ett gram DNA kan lagra cirka 220 160 terabyte.

Jämför det med dagens teknik: en hårddisk på en terabyte väger cirka 400 gram. Så för att lagra motsvarande mängd data som ett gram DNA lagrar behöver du mer än 88 miljoner gram hårddiskar.

Med denna information säger forskare att all data i världen just nu kan passa in i en skokartong med hjälp av DNA-datalagring.

Vilka är fördelarna med DNA-datalagring?

Att använda DNA-lagring som lagringsmedium har många fördelar jämfört med digital lagring. Det ger hög datalagringskapacitet, avsevärt längre livslängd än andra lagringsformer, kompakthet, låg känslighet för tekniska och elektriska fel och replikerbarhet.

Lagringstäthet

Den största fördelen med DNA-lagring jämfört med andra lagringsmedier är lagringstätheten. Även om du lagra dina data på distans på molnet eller NAS, lagras de fortfarande i stora servrar och datacenter. Dessa datacenter är lika stora som fotbollsarenor och kostar miljarder dollar att bygga och underhålla. Det är inte samma sak med DNA-datalagring.

DNA-datalagring låter dig lagra enorma mängder data i ett mycket kompakt utrymme. Därför minskar problemen med utrymme, underhållskostnader och brist på lagringsutrustning.

Varaktighet

Den digitala lagringsutrustning som finns tillgänglig idag är långt ifrån hållbar. De är alla utsatta för förfall och nedbrytning. Digitalt förfall är den gradvisa nedbrytningen av data som lagras på en dator, som påverkar miljontals människor varje år.

DNA har en halveringstid på 500 år. När den lagras i en optimal och reglerad miljö kan data lagrad i DNA vara tillgänglig i hundratals år.

Replikerbarhet

På grund av försämringen av data måste data i datacenter kopieras och överföras till annan hårdvara efter ett tag för att bevara den lagrade informationen. Denna process är ofta besvärlig.

Data som lagras i DNA kan enkelt replikeras. En metod som forskare har testat är att infoga DNA: t med lagrad information i en bakterie. Denna bakterie förökar sig sedan—på egen hand—annan generation av bakterier som har samma information lagrad i det första DNA: t utan några fel eller förluster.

Är DNA-datalagring framtiden för lagring?

Helt ärligt, ja. DNA-datalagring markerar verkligen alla lösningsrutor för dagens lagringsproblem. Den används redan idag av företag som vill bevara omfattande arkiv med information som inte behöver nås regelbundet.

Tyvärr kommer det att ta ganska lång tid innan DNA-lagring är ett vanligt och prisvärt lagringsalternativ tillgängligt för allmänheten. Under tiden måste vi noggrant välja ut det bästa lagringsformatet för långtidslagring av data.

Hårddiskar, SSD: er, flashenheter: Hur länge håller dina lagringsmedia?

Läs Nästa

Om författaren