Можно ли использовать ДНК вместо жесткого диска?

Молекулы ДНК можно использовать в качестве носителя информации. Такую мысль высказывал еще в середине прошлого века физик Ричард Фейнман. Затем независимо друг от друга первые расчеты опубликовали советский физик Михаил Нейман и американский математик Норберт Винер. Но первую громкую практическую работу в этом направлении представил, как ни странно, художник.

Джо Дэвиса называют пионером биоарта — это направление в современном искусстве, в рамках которого художники создают произведения, основываясь на принципах генной инженерии, молекулярной биологии и биотехнологии. Причем чаще всего авторы выступают в роли полноценных исследователей или прибегают к помощи серьезных ученых. Так в симбиозе создаются «экспонаты» — бактериальное радио, живое сердце вне тела или светящийся в ультрафиолете биолюминесцентный живой кролик.

В одной из работ Джо Дэвиса изображение скандинавской руны «альгиз», символизирующей «начало жизни» (по утверждению художника, изображение также напоминает женские гениталии), было переведено в двоичный код, а затем — в последовательность нуклеотидов ДНК и синтезировано в бактериях с помощью химического принтера. Тем самым Джо Дэвис впервые показал возможность хранения информации в ДНК.

Объем данных, хранящихся на различных носителях в мире на данный момент, исчисляется в сотнях зеттабайт (10^21 байт), и этот объем постоянно увеличивается. Не исключено, что доступные носители данных в какой-то момент просто не успеют за ростом их количества информации. Поэтому хранение данных при помощи ДНК — одно из решений проблемы.

Один грамм ДНК может хранить несколько сот петабайт (10^15 байт) данных. Для сравнения: SSD-диск емкостью в один терабайт весит примерно 40 г. Для хранения того объема данных, которые можно поместить в один грамм ДНК, потребуется около 8,6 т таких дисков. При этом информация в ДНК может храниться сотни лет.

Кроме того, сейчас центры обработки данных занимают огромные площади в тысячи квадратных метров, а для их постройки и обслуживания требуются огромные ресурсы.

Но есть и минусы: чтобы расшифровать информацию, записанную в ДНК, нужны десятки часов. Кроме того, сейчас и запись информации, и ее декодирование может выполняться только в лабораторных условиях, что совсем недешево. Так что хранение данных при помощи ДНК станет реально доступным еще нескоро. Но разработки вполне могут себя оправдать.

В России вопросами альтернативного хранения информации занимаются, например, в Центре инфохимии Университета ИТМО. Инфохимией назвали область экспериментальной науки на пересечении химии, биологии, компьютерных технологий и математики. В Центре исследуют возможности как хранения, так и обработки информации с помощью химических систем, причем не только молекул ДНК.

Кроме того, ученые планируют искусственно создать систему, которая сможет работать с информацией подобно клетке. А еще, возможно, изучив механизмы работы с информацией различных химических систем, люди смогут «программировать» их. Например, чтобы предсказывать поведение организма и отслеживать заболевания на ранних стадиях.

А если вы дочитали до этого абзаца и в очередной раз убедились, что наука для вас никогда не затмит искусство, то знайте: в ИТМО также находится уникальный Центр Art & Science. При центре работает лаборатория биотехнологических искусств BioArt Lab, в которой магистранты, студенты, научные сотрудники и приглашенные художники работают над своими исследованиями на стыке науки и искусства, а затем представляют свои работы на выставках, фестивалях и биеннале.