Een DNA-multiplicator is een van de apparaten die dienst zouden kunnen doen bij een DNA-geheugen
Digitale gegevens worden opgeslagen in magneetveldjes, elektrische ladingen of in patronen van minuscule stipjes die lichtbundels weerspiegelen. Veilig en langdurig is het idee, want ‘onverwoestbaar’ materiaal. Er zijn al vaker ideeën geopperd om DNA te gebruiken als materiaal om digitale gegevens op te slaan, maar DNA is een organisch materiaal en organisch materiaal heeft de on(?)aangename eigenschap om relatief snel te vergaan. Nu hebben onderzoekers de universiteit van Washington, in samenwerking met Microsoft, en van de universiteit van Illinois aannemelijk gemaakt dat alle digitale informatie op deze aarde op dit moment is op te slaan in negen liter vloeistof met DNA. Die informatie zou in dat DNA-geheugen zeker duizend jaar veilig en zeker zijn, denken die onderzoekers. Er zijn nog wel wat vlekjes weg te werken.
De opslag van digitale gegevens is een lastig probleem. Aan de ene kant worden er steeds meer gegevens verzameld en opgeslagen, maar aan de andere kant, of of eigenlijk parallel daaraan, moeten de opslagsystemen steeds beter worden om die steeds sneller groeiende ‘gegevensberg’ handzaam op te kunnen slaan en terug te zoeken. Daarbij ontstaan ‘gaten’: gegevens op oudere opslagsystemen moeten vaak overgezet worden op nieuwe systemen. Ooit was papier de manier om gegevens op te slaan, later werden dat microfilms en weer later digitale opslagsystemen, die weer onderverdeeld zijn in diverse technieken zoals magneetbanden, cd-roms, dvd’s e.d. Het zou natuurlijk aardig als je een systeem zou kunnen ontwerpen waar gegevens voor vele eeuwen kunnen worden vastgelegd en volgens de bovengenoemde onderzoekers is het DNA-geheugen dan een goede kandidaat.
In vergelijking met de geavanceerdste elektronische en magnetische opslagsystemen kan DNA een waanzinnige hoeveelheid gegevens op slaan. In theorie is het mogelijk een exabyte (1 triljoen byte oftewel 1 miljoen terabyte) in DNA op te slaan, met een afmeting die niet groter is dan een zandkorrel. Om een klein beetje een idee te krijgen: we hebben het dan over de hoeveelheid gegevens die op 200 miljoen dvd’s staat.
Punt is natuurlijk ook de snelheid waarmee die informatie kan worden uitgelezen. Het uitlezen van de basevolgorde van DNA gaat steeds sneller. De kosten daarvan dalen sneller dan de kosten van ‘ouderwetse’ computergeheugens. Ook krijgen techneuten steeds beter het synthetiseren van willekeurige basereeksen in DNA voor elkaar. Op die manier kun je gegevens vastleggen en ook dat proces moet ‘hanteerbaar’ zijn. Het idee ontstaat dan als de kosten van het uitlezen en het synthetiseren van (stukken) DNA blijven dalen, het gauw mogelijk wordt een nieuwe klasse van, hybride, opslagsystemen te creëren. “Het afgelopen jaar raakten we er van overtuigd dat de ontmoeting tussen computertechnologie en biologie de toekomstige ontwikkeling is”, zegt Douglas Carmean van Microsoft. “De informatica heeft de biotech in het verleden geholpen”, zegt computertechnoloog Luis Ceze van de universiteit van Washington. “Nu kan de biotech terugbetalen.”
In zijn lab staan apparaten die normaal in een biologielaboratorium staan zoals een DNA-uitlezer en een DNA-multiplicator, die van een stukje DNA miljoenen nauwkeurige kopieën kan maken. Die multiplicator, volgens de in 1983 ontwikkelde polymerasekettingreactie, zou gebruikt worden om informatie terug te vinden. Hoe dat zit is (mij) niet duidelijk. Samen vormen ze de basis van de DNA-gegevensopslag. Volgens de onderzoekers zouden zowel filmstudio’s als moderne ziekenhuizen die gebruiken voor het langdurig opslaan van gegevens zoals films of röntgenopnames.
Eerder onderzoek in 2012 onder aanvoering van George Church bij de Harvard-universiteit en in 2013 bij het Europese bioinformatica-instituut in het Engelse Hinxton leerde dat het goed mogelijk is gegevens op te slaan in DNA en dat die gegevens ook weer zijn uit te lezen. De onderzoekers van de universiteit van Illinois en van die van Washington (i.s.m. Microsoft) zijn verder gegaan met dat werk. De groep van Illinois bleek in staat Wikipedia-informatie van zes universiteiten te coderen en die gegevens ook te bewerken. De Washington-groep gokt meer voor DNA-opslag voor langere periodes in plaats van die te bewerken. Ze waren in staat vier afbeeldingen op te slaan en die weer op te roepen met maar een enkele fout.
Gegevensopslag is een vak apart. Gegevens moeten, zoals gezegd, liefst zo snel en goed mogelijk worden opgeslagen, maar ze moeten ook weer snel oproepbaar zijn. Dus is er een soort adressysteem waar wat opgeslagen is. Bij DNA-gegevensopslag gebruikten de onderzoekers het fenomeen zelfassemblage van biomoleculen om de gegevens op te slaan. De onderzoekers van de universiteit van Washington en Microsoft erkennen dat er problemen zijn met het wegschrijven van informatie in DNA, maar ze denken dat de techniek snel zal verbeteren.
De huidige situatie is ook niet ideaal. Nu duurt het seconden op om gegevens op te slaan of terug te zoeken van magnetische banden, breed gebruikt om gegevens te archiveren, maar die banden zijn vaak zelf weer opgeslagen in al dan niet robotbediende kasten. Om daar gegevens van bij elkaar te sprokkelen kan uren duren. Overigens zullen DNA-systemen ook de snelheidslimiet van elektronische en magnetische systemen niet halen als het gaat om ophalen van informatie. De grote kracht het DNA-geheugen zit ‘m vooral in het (gigantische) opslagvermogen en de lange (gedachte) houdbaarheid van het opslagmedium. “DNA is het opslagmiddel voor de lange duur. Je hoeft het alleen maar koud en droog te houden”, zegt Karin Strauss computerontwerper van Microsoft computer architect. Dat is dan weer een zwak punt, want wat als niet?
Bron: New York Times