Új módszer forradalmasíthatja a DNS-adattárolást

A dezoxiribonukleinsav nemcsak a földi élet biológiai információs alapja, hanem az élettől elvonatkoztatva is elképesztően hatékony adathordozó. Egy gramm DNS egymilliárdszor annyi adatot képes tárolni, mint egy gramm mai digitális memória – mintegy 215 millió gigabájtot. Ha sikerül megbízható és gyors technikai megoldást találni, a DNS egy nap nagyon olcsó adattároló megoldássá válhat.

A Pekingi Egyetem kutatói olyan módszert fejlesztettek ki, amellyel az eddigi módszereknél olcsóbban és gyorsabban használható a genetikai adattárolás. A kínai tudósok egy tradicionális kínai nyomatkészítést és egy pandát ábrázoló digitális képet kódoltak DNS-en, majd hiba nélkül visszaolvasták azokat. Eredményükről a Nature magazinban számoltak be.

Mint ismert, a DNS szerkezete egy dupla spirál, amelyben a két spirált egymás felé néző molekulaegységek kötik össze, ezek az úgynevezett bázispárok. A bázisok az adenin, guanin, citozin és timin, biokémiai jelölésük az A, G, C, T – ők hordozzák az adatokat, ha úgy tetszik, ők a bitek.

Az, hogy a DNS-t adattárolásra használják, a Nobel-díjas fizikus, Richard Feynman ötlete volt még 1959-ben. Először 1988-ban a Harvard Egyetemen sikerült megvalósítani egy 5x7 pixeles képpel. Ugyanitt 2012-ben HTML formátumú dokumentumot és JPEG képet rögzítettek a kettős spirálon. 2018 márciusában a Washingtoni Egyetem és a Microsoft 200 megabájtnyi adatot rögzített DNS-en, egy évvel később már automata író-olvasó rendszert mutattak be.

Nem utolsósorban 2019-ben a svájci TurboBeads laboratóriumában a Massive Attack Mezzanine című albuma lett az első DNS-en rögzített zenei produkciója.

Génre printelnek

Az adattárolásnak ez a módja jelenleg se nem gyors, se nem olcsó. A kínai adatrögzítési módszer azonban más, mint a korábban alkalmazottak, amikhez mindig teljesen új DNS-szálat kell generálni, bázisokat egyenként hozzáadva. Az új eljárás nem soros, hanem párhuzamos – az úgynevezett metiláción alapul, ami egy természetes folyamat, amelynek során egy enzim-, egy szén- és három hidrogénatomból álló metilcsoportot, afféle könyvjelzőt ragaszt a DNS megfelelő pontjaira.

A mi módszerünk lényege, hogy a DNS-szekvencia a címtár, a módosítási státusz pedig az adathordozó

– mondta Csiang Long, a kutatás egyik szerzője a Gizmodónak.

Egy adott információ leírásához 0/1 állást kell választani az adott címeken, ezt szedésnek nevezzük, ez aztán egyszerre felíródik a DNS-re, a folyamatnak ezt a részét nyomtatásnak nevezzük

– tette hozzá.

A módszer az epigenetikus adattárolás után epi-bitnek nevezték el. Csiang kiemelte, hogy az eljárás nagyságrendekkel olcsóbb és gyorsabb, mint az elterjedt bázissorépítés. Az első adatrögzítést 300 ezer biten, 

hajtották végre. A műveletet laboratóriumi körülmények között 60 laikus önkéntes bevonásával végezték el.

Nyugati szakemberek felhívták a figyelmet az eljárás hátrányaira is: a metilcsoportok nem másolhatók polimeráz láncreakióval (rövid neve PCR, ez ugyanaz, mint a koronavírusteszteknél használt PCR), amivel a szokásos módszerek esetében nagy tételben lehet DNS-t másolni. A másik korlát, hogy a korábbi alkalmazásoknál rugalmasan, random hozzáférésű memóriaként lehetett hozzáférni az adatokhoz. Az epi-bit módszer viszont szalagos magnóként viselkedik, a felhasználáshoz a teljes adatbázist le kell olvasni.

A két módszer közötti különbség nagyon hasonlít ahhoz, ami a kézzel írott kódexek és a nyomtatás között állt fenn egykor. A kínaiak fejlesztése így komoly áttörés, és hátrányaival együtt sem meszelnénk el egyelőre.

(Gizmodo, Nature, ZME Science)