Gramm DNA-d suudaks salvestada kogu inimkonna andmed

DNA-d täiustades saaks sellest ülitiheda andmekandja. Foto: geralt / Pixabay

• Üks gramm DNA-d suudab salvestada mitmetes petabaitides infot
• DNA andmekandjana hoiab infot alles kümneid tuhandeid aastaid, nagu looduseski

USA Beckmani Instituudi teadlased uurisid võimalust andmete salvestamiseks DNA kaksikheeliksis ja avastasid, et see on peaaegu parim võimalus muuta andmekandjad ülimalt infotihedaks. Ühtlasi säiliks salvestatud teave ilmselt kümneid tuhandeid aastaid.

Kui loodusliku geeni-info andmekandjal DNA-l on neli nii-öelda tähestikutähte A, C, G ja T, siis Beckmani Instituudi teadlased lisasid neile veel seitse tehislikku, mis aitab salvestatavat infot veel paremini pakkida ja suurendada ka salvestuskiirust. Lisaks arendati välja järjestusmeetod, mille abil saab DNA-sse salvestada vajaminevat infot ja seda hiljem vigadeta välja lugeda.

DNA on looduslik geeni-info salvestussüsteem, kuid seda saab edukalt kasutada ka kõigi muude andmete salvestamiseks, järjestades molekule vastavalt vajadusele.

«DNA on üks parimatest, kui mitte kõige parem andmete salvestusmeetud,» ütles üks uuringu kaasautoritest Chao Pan Illinoisi Ülikoolist. Tema sõnul on DNA ka looduses tõestanud ülihead vastupanuvõimet erinevatele keskkonnatingimustele. Hästi säilinud DNA-d on leitud ka kümneid tuhandeid aastaid vanadest leidudest looduses.

Teadlased tõid välja DNA tohutu salvestusvõime: näiteks ühes grammis DNAs mahuks hoidma mitu petabaiti infot, mis on sama kogus, mida kogu inimkond praegu toodab ühe päeva jooksul. 

DNA teine oluline eelis on selle peaaegu lõpmatu taaskasutuse võimalus, mida pole ühelgi praegusel salvestussüsteemil. Ränipõhised mikrokiibid tuleb toota ja need visatakse peale kasutamist minema, kui tehnoloogia uueneb või on vaja mahukamat salvestust. Seega võib DNA-põhist lahendust pidada roheliseks ja täiesti looduslikuks, mis jäätmeid ei tekita.

Looduses leidub DNA ahelas neli erinevat lämmastikalust: A ehk adeniin, T ehk tümiin, G ehk guaniin, C ehk tsütosiin. Pärilik info salvestubki nende nelja lämmastikaluse järjestusena kindlate lõikudena DNA ahelas ehk geenidena. Kunstlikus DNA-s, mis Illinoisis välja töötati, on neile lisaks veel seitse alust, mis tähendab, et infot võib põhimõtteliselt salvestada ühetestkümnendsüsteemis. Kuna olemasolevad DNA sekventserid ehk geneetilise järjestuse lugejad on ehitatud neliale nukleotiidile, siis pidid teadlased tehis-DNA lugemiseks appi võtma masinõppe ja tehisintellekti. Sellega eraldatakse tehismolekulid üksteisest ja osatakse nende järjestust täpselt lugeda.

Tehisintellekti ja masinõppega õnnestus siiamaani eristada 77 erinevat üheteistkümne nukleotiidi kombinatsiooni. 

Paraku on uuel tehnoloogial veel parajalt arenguruumi, et selle saaks salvestusmeediana kasutusele võtta.

Praeguste tehnoloogiate abil on võimalik 100 biti infot DNA-sse kirjutada ligi kahe tunniga. Salvestamine maksab rohkem kui üks USA dollar, eeldades, et iga nukleotiid salvestab biti. Seega on DNA-salvestus kohutavalt aeglane ja kallis, kuigi mahutab andmeid ülitihedalt ja väga püsivalt. Nendest väljakutsetest ülesaamiseks on vaja uusi DNA sünteesimeetodeid ja ka info lugemiseks tuleb leiutada mõni kiirem meetod. Tehisnukleotiidid ongi üks võimalus andmesalvestust ja -tihedust kiiresti mitmekordistada, kuid mõistliku salvestuskiiruse saamiseks tuleb veel kõvasti vaeva näha.

Vaata teadustöö kohta lähemalt siit.