Gennem den menneskelige historie har mennesker fundet alle mulige datalagringssystemer - fra overslag til celleformede og mejslede til harddiske og kompakte diske. Men de har alle én ting til fælles: På et tidspunkt forringes de.
Derfor har forskere været på jagt efter at finde mere holdbar datalagring, som diamanter og endda DNA. Nu for første gang, rapporterer Gina Kolata ved The New York Times, har forskere kodet en kort film i DNA fra levende celler ved hjælp af CRISPR – Cas genredigeringsteknikken - et træk, der kan føre til cellulær registrering af sundhedsdata. De offentliggjorde deres resultater denne uge i tidsskriftet Nature.
Konceptet bag DNA-datalagring er relativt enkelt. Mens digitale filer i det væsentlige gemmes ved at registrere en serie med numrene 0 og 1, kan DNA gemme de samme data ved at kode informationen i dets fire nukleobaser, A, G, C og T.
Som Robert Service hos Science rapporterer, har forskere gjort netop det siden 2012, da genetikere først kodede en 52.000-ord bog i DNA. Selv om det oprindeligt var ineffektivt, er teknologien over tid forbedret. I marts rapporterede et team af forskere, at de havde kodet seks filer, herunder et computer-operativsystem og en film i syntetiske fragmenter af DNA.
I denne seneste undersøgelse valgte forskerne en film af en galopperende hest optaget af den britiske fotograf Eadweard Muybridge i 1878, et af de første film, der nogensinde er optaget, taget i et forsøg på at finde ud af, om løbende heste nogensinde havde alle fire fødder væk fra jord.
Forskere brugte CRISPR-Cas-systemet til at overføre DNA til bakterierne. Dette system udnytter kraften fra de bakterielle immunforsvar til at ændre bakteriens DNA, forklarer Ian Sample for The Guardian . Når vira invaderer, sender bakterier enzymer for at skære virusens genetiske kode fra hinanden. Og det inkorporerer fragmenter af virus-DNA i sin egen struktur for at huske den indtrængende i tilfælde af fremtidige angreb. Forskere kan manipulere dette system og kontrollere, hvilke bits af DNA, der løber en tur ind i bakteriegenomet.
Forskerne skabte en syntetisk streng af DNA indeholdende en fem-rammers blok af denne video såvel som et billede af en hånd - bogstaverne i nukleobaserne, der repræsenterer skyggen og placeringen af hvert billeders pixels. "Forskerne fodrede derefter DNA-strengene til E. coli-bakterien" skriver prøve. "Bugs behandlede strimlerne af DNA som invaderende vira og føjede dem pligtmæssigt til deres egne genomer."
”Vi leverede det materiale, der kodede hestebillederne en ramme ad gangen, ” fortæller Harvard neurovidenskabsmand Seth Shipman, første forfatter af studien til Sample. ”Da vi sekventerede bakterierne, så vi på, hvor rammerne var i genomet. Det fortalte os i hvilken rækkefølge rammerne derefter skulle vises. ”
Som eksempler rapporterede, tillader forskere bakterierne at formere sig i en uge og overførte DNA gennem mange generationer. Da de sekventerede genomet af bakterierne, var de i stand til at rekonstruere de kodede billeder med 90 procents nøjagtighed.
Selvom det ville være fedt at have Lord of the Rings- trilogien kodet i dit DNA en dag, fortæller Shipman til Kolata, at det ikke rigtig er meningen med netop denne undersøgelse. I stedet håber han, at teknikken kunne føre til molekylære optagere, der over tid kunne indsamle data fra celler.
”Vi vil forvandle celler til historikere, ” siger Shipman i en pressemeddelelse. "Vi ser for os et biologisk hukommelsessystem, der er meget mindre og mere alsidigt end nutidens teknologier, som vil spore mange begivenheder ikke-påtrængende over tid."
I sidste ende håber Shipman at bruge teknikken til at studere udviklingen af hjernen. I stedet for at prøve at observere hjerneceller gennem billeddannelsesteknikker eller via kirurgi, indsamlede disse molekylære optagere data over tid fra hver celle i hjernen, som derefter kunne dekodes af forskere.
Men den dag er stadig en veje væk, og den aktuelle forskning er kun et bevis på begrebet. ”Hvad dette viser os er, at vi kan få oplysningerne ind, vi kan få oplysningerne ud, og vi kan forstå, hvordan timingen fungerer også, ” fortæller Shipman til Sample.
Mens Shipman er fokuseret på sundhed, tager tech-verdenen også mærke til disse DNA-undersøgelser. Antonio Regalado ved MIT Technology Review rapporterer, at Microsoft i maj annoncerede, at den udvikler en DNA-lagerenhed og håber, at en version af den skal være operationel ved udgangen af tiåret. Fordelene ved DNA-opbevaring er temmelig indlysende, rapporterer Regalado. Ikke kun holder DNA tusind gange længere end en siliciumenhed, det kan indeholde en quintillion byte data i en kubik millimeter. Hver film, der nogensinde er lavet, kunne gemmes i en enhed, der er mindre end en sukkerterning. Flytningen kunne til sidst afslutte dagene med massive, energisugende datacentre, der kræves for at holde styr på alt fra stor litteratur til feriefotos.
