DNA mun líklega koma í stað fyrir harða diska

Framtíð gagnageymslu gæti legið í strúktúr erfðaefnisins DNA en nokkur grömm af DNA gæti geymt gögn upp á um 300.000 Terabæt.

Mun kóðunarmál náttúrunnar taka yfir okkar aðferðir til gagnageymslu?
Mun kóðunarmál náttúrunnar taka yfir okkar aðferðir til gagnageymslu?

Forritunarkerfi erfðaefnis (e. DNA) geymir gífurlega mikið magn af erfðaupplýsingum um líffræðilega uppskrift okkar á tvöföldum gormum (e. helixes) sem mynda litninga. Sú aðferð gæti komið í stað nútíma aðferða til gagnageymslu og það á örlitlu plássi miðað við t.d. harða diska.

Rannsóknarteymi leitt af Robert Grass frá Zürich hefur nýverið kynnt sönnun fyrir þessari aðferð en þau kóðuðu sameindir með 83 Kílóbæt af texta úr skipulagsskrá svissnenska sambandsins (e. Swiss Federal Charter) frá árinu 1291. Kóðunarmál náttúrunnar er ekki ólíkt kóðunarmálinu sem við höfum búið okkur til sagði Robert Grass á fréttamannafundi. DNA notar fjóra mismunandi basa (A, T, C og G) til að geyma gögn í staðinn fyrir tvo stafi eins og við: 0 og 1.

Grass segir að örsmátt magn af erfðaefni geti geymt allt að 300.000 Terabæt af upplýsingum sem er mjög aðdáunarvert miðað við að stærstu hörðu diskar sem við eigum í dag eru í kringum 16 Terabæt. Þetta breytir miklu fyrir neytendur sem þyrftu aldrei aftur að endurnýja harða diska en miklu meira fyrir stórfyrirtæki með risa gagnaver eins og Google og Facebook.

Annar stór kostur við þessa aðferð er sá að erfðaefni er talið geta haldist óbreytt í þúsundir ára. Samkvæmt niðurstöðum nýlegra rannsókna ætti sérstaklega vel með farin gagnageymsla úr erfðaefni að haldast saman í milljónir ára sem tryggði það að þekking fortíðarinnar verði alltaf til staðar fyrir kynslóðir framtíðarinnar.

Hvað geymir ein líkamsfruma mikið gagnamagn af erfðaupplýsingum?

Erfðaefni mannsins er um 3 milljarðar basapara sem skiptast á 23 litninga, 22 sjálflitninga og einn kynlitning. Líkamsfrumur okkar eru tvílitna með erfðaefni frá báðum foreldrum þannig að í hverri líkamsfrumu eru 46 litningar úr 6 milljörðum basa.

Basarnir adenín (A), gúanín (G), cýtósín (C) og Þýmín (T) bindast aðeins á fjóra máta: A-T, T-A, C-G og G-C. Með sniði tvíundar (e. binary format) er hægt að rita þetta sem 00, 01, 10 og 11. Eitt bæt (e. byte) samastendur af átta 0/1 bitum eða samtals 4 basapörum. Með þessu er hægt að reikna út gagnamagnið sem erfðamengi okkar er í einni frumu:

(6*10^9) heildar basapör / (1/4) bæt/basapör = 1,5*10^9 eða 1,5 Gígabæt.

Heildar gagnamagn í einni líkamsfrumu er því um 1,5 Gígabæt sem jafnast á við um tvo geisladiska.

Hvað geymir allur líkaminn þá mikið magn af erfðaupplýsingum?

Til einföldunar skulum við ekki reikna með einlitna kynfrumum (sáð- og eggfrumum) né gagnamagni örveruflórunnar, þ.e.a.s. allra örvera sem lifa með okkur á húðinni og í meltingarveginum, en lífveran sem við erum samanstendur af tífalt fleiri bakteríufrumum heldur en líkamsfrumum okkar. Talið er að í mannslíkaminn samanstandi af um 10^13 eða 10 billjón líkamsfrumum. Miðað við það er hægt að reikna gróflega út:

1.5 GB * 10 billjón frumur = 15 billjón Gígabæt
eða
(15*10^12) * 10^9 bæt = 15 Zettabæt (10^21).

Gróflega áætlað er heildar gagnamagn erfðaupplýsinga mannsins því um 15 Zettabæt. Kannist þið við slíkar tölur?

Hvað er gagnamagnið í sáðláti manna?

Kynfrumur (sáð- og eggfrumur) manna eru einlitna og innihalda því eitt sett af 22 sjálflitningum og einn kynlitning (X/Y). Ein sáðfruma geymir því um 3 milljarða basa af erfðaupplýsingum sem standa fyrir um 750 Megabæt af stafrænum gögnum. Meðal sáðlát mannsins hefur að geyma um 180 milljón sáðfrumur og þá er hægt að reikna gróflega út að:

(180*10^6) frumur * 750 Megabæt = (135*10^9) = 135.000 Terabæt.

Í einu sáðláti dreifir maðurinn því 135.000 Terabætum af erfðaupplýsingum í þeim tilgangi að ein fruma (750MB) nái að frjóvga eggfrumu.

Eftir hverju erum við þá að bíða?

Frumgerðin af erfðaefnisdisknum búin til af rannsóknarteymi Grass er ekki fullkominn. Núverið er t.d. ekki hægt að leita í gögnum eins og á öðrum diskum og svo er tæknin óhæfilega dýr í dag en geymsla á nokkrum megabætum myndi kosta þig hundruði þúsunda króna.

Rannsakendur trúa því að þessar hindranir séu ekki óyfirstíganlegar og að einn daginn muni DNA gjörbylta aðferðum gagnageymslu.

Heimildir:
ScienceAlert
BiteSizeBio