Stane se z DNA perfektní datové médium?

Rozvoj internetu a všemožných online technologií vedl k ohromnému rozmachu datových center. Zabírají hodně místa a jejich provoz začíná být nepříjemně nákladný. Co kdyby se ale objevila technologie, která je schopná zmenšit prostor k uložení dat ohromného datového centra velikosti supermarketu na velikost kostky cukru? Zní to nemožně, ale jedna taková technologie existuje. Je na této planetě už téměř čtyři miliardy let a říkáme jí DNA.

Vědci Washingtonské univerzity a vědci z výzkumu společnosti Microsoft na nedávné konferenci ACM International Conference on Architectural Support for Programming Languages and Operating Systems (ASPLOS 2016), která se odehrála v Atlantě, prezentovali historicky první kompletní systém, který lze použít k zápisu digitálních dat do molekul DNA, a také k jejich opětovnému získání. Tímto postupem lze uchovávat data mnoha milionkrát úsporněji, než se soudobými technologiemi ukládání dat.

Bioinženýr James Bornholt z Washingtonské univerzity a jeho kolegové dokázali přepsat informaci ze čtyř digitálních snímků do sekvence uměle syntetizovaných molekul DNA. Ještě důležitější ale bylo, že dokázali tento proces obrátit. Objevili správné kusy DNA ve velkém souboru molekul DNA a vytáhli z nich všechny zmíněné obrázky. Aniž by při tom došlo k jedné jediné chybě. Kromě těchto snímků se jim ještě povedlo zapsat a opět přečíst soubory s videonahrávkami, pocházející z vyšetřování válečných zločinů ve Rwandě.

Bornholtův spolupracovník a odborník na počítačovou techniku Luis Ceze k tomu podotýká, že živé organismy měly dobrý nápad, když se rozhodly využít k uchovávání ohromného množství dat právě DNA. Molekuly DNA jsou totiž opravdu výjimečně úsporné a také velmi odolné. Podle Cezeho bychom tímto způsobem mohli ukládat cenná data na stovky i tisíce let.

Současný vývoj digitálního světa ukazuje, že podobná úsporná technologie bude brzy životně důležitá. Odborníci odhadují, že v roce 2020 se bude celkový objem digitálních dat planety blížit 44 bilionům gigabytů. Bude to zhruba desetinásobek oproti situaci v roce 2013. Jestli by někdo všechna tato data nahrál do dnešních tabletů, tak bychom je mohli poskládat na sebe do šesti sloupů mezi Zemí a Měsícem. Všechno nasvědčuje tomu, že náš svět produkuje data rychleji, nežli kapacity na jejich uskladnění.

Záhy budeme potřebovat účinné řešení. A zajímavou volbou by mohla být právě molekula DNA. Ve schopnosti uskladnit informaci strčí do kapsy soudobá digitální média, jako jsou všemožné flashdisky, harddisky, magnetická či optická média. Mnoho milionkrát. Podstatnou výhodou DNA také je, že za správných podmínek může uchovat data v neporušeném stavu přinejmenším stovky let. Zkuste si představit, jak za takovou dobu bude vypadat flashdisk nebo harddisk, a jak z něho bude možné číst data.

V současné době je největší překážkou vývoje technologie, která by nabídla datová média založená na DNA k širokému využití, její cena, a pak také spolehlivost nástrojů, které pracují s DNA ve velkém měřítku. Badatelé ale věří, že je to jenom dočasné, a že v zásadě neexistuje žádná zásadní technická překážka, která by bránila využití DNA jako média k ukládání dat. Bornholt a jeho spolupracovníci si také pochvalují mezioborovou spolupráci, bez které by jejich projekt nebyl myslitelný. Jak se zdá, když se spojí bioinženýři s počítačovými specialisty, mohou se dít velké věci.

Zapisování a čtení dat není s molekulami DNA tak rychlé, jako u elektronických médií. DNA by ale mohla sehrát významnou roli v archivování dat, která by nemusela být okamžitě dostupná. S rozvojem nástrojů pro práci s DNA lze navíc očekávat, že se kvalita a hlavně cenová dostupnost podobných systémů bude neustále zlepšovat. Budeme mít za pár desetiletí většinu dat uskladněných v podobě DNA?

Autor: RNDr. Stanislav Mihulka, Ph.D.

Líbil se Vám tento článek? Doporučte jej svým známým.

Použitá literatura:

(orig).

University of Washington 7. 4. 2016.