Het ‘machientje’ voor het omzetten van digitale code in DNA-code (afb: MIcrosoft)
DNA is geweldig opslagmateriaal en al langer wordt er gewerkt aan DNA-computers of, minder futuristisch, DNA-opslagsystmen. Je kunt enorm veel informatie kwijt op een petieterig kommetje met DNA. Probleem is alleen hoe je die informatie handzaam omzet in DNA-strengen. Bij Microsoft en de universiteit van Washington schijnen ze een machientje te hebben ontwikkeld dat automatisch numerieke bits ombreit tot DNA-strengen met die numerieke informatie voor nog geen 10 000 euro. Vooralsnog uiterst traag…De hoeveelheid gegevens die digitaal wordt opgeslagen stijgt razendsnel. In 2025 zou de mijlpaal van 175 zettabytes (een byte is 8 bits, zetta= 1021 oftewel triljard) worden gepasseerd. Al die gegevens worden opgeslagen in het immer wassende park van energievretende datacentra. Daar moet dus een liefst milieuvriendelijke oplossing voor gevonden worden en dan komt DNA in beeld, het in normale doen immens lange biomolecuul volgestouwd met informatie in onze cellen.
In 2016 slaagden onderzoekers van de universiteit van Washington en Microsoft er in om een filmpje van 200 MB op DNA te zetten. Nu schijnt het record op 1 GB te liggen. Dat klinkt al niet echt indrukwekkend, maar het probleem is hoe je die informatie op DNA krijgt. Je moet steeds stukjes code-DNA aan elkaar breien en dat doe je niet ‘effen’. We praten dan nog niet eens over de manier waarop je die informatie weer boven water moet zien te krijgen.
“Stel je voor dat in een datacentra mensen de hele dag bezig zijn met pipetten”, zegt Chris Takahashi van de universiteit van Washington. “Dat is een beetje duur en kwetsbaar om niet van de ruimte te spreken.” En toch is dat wat Takahashi en zijn medewerkers op aansturen, maar dan zonder mensen met pipetten.
Minder dan € 10 000
De onderzoekers zijn er in geslaagd een machine te bouwen die numerieke gegevens (bits) omzet in DNA-code (met de vier DNA-letter A, C, G, en T). Het prototype bestaat uit reactievaten waar stukjes DNA worden gesynthetiseerd en een DNA-uitlezer van Oxford Nanopore om de opgeslagen informatie weer uit te lezen en om te zetten in numerieke code. DNA-opslag is vooralsnog niet geschikt voor harde schijven en zeker niet voor werkgeheugens.
In een demonstratie werd het woord ‘hello’ omgezet in DNA-code. Het algoritme daarvoor is ontwikkeld door Microsoft. De vijf bytes (een byte is goed voor een karakter) kunnen worden opgeslagen in 1 µg DNA. Om dat ‘hello’ uitleesbaar te maken heb je 4 µg nodig.
Het systeem is nu nog (?) ontzettend traag. Je hebt 21 uur nodig voor het in DNA coderen van zo’n lullig woordje. De onderzoekers denken nu al een manier gevonden te hebben dat te versnellen. “Ons doel is een systeem te ontwikkelen voor de eindgebruiker waar informatie wordt opgeslagen in DNA die ook naar believen weer kan worden uitgelezen”, zegt Microsoft-onderzoekster Karin Strauss. Voorlopig is het allemaal nog verre toekomstmuziek.
Microsoft denkt dat vooral de veel grotere opslagdichtheid van DNA een pré is. Waar nu een volwassen datacentrum voor nodig is in een fors gebouw zou in een blokje (met DNA) passen. De houdbaarheid van DNA zou gigantisch zijn. Er worden cijfers genoemd van miljoenen jaren (voor mensen niet echt relevant), maar ik heb grote twijfels. Zeer waarschijnlijk zal ook de energierekening fiks omlaag gaan. DNA bewaar je in een vloeistof.
Om een praktisch bruikbaar systeem te krijgen zou de coderingssnelheid zo’n 100 MB per seconde dienen te zijn, volgens Microsoft. Ook zal de prijs voor het synthetiseren van DNA omlaag moeten. De Franse techspruit DNA Script zegt met een DNA-printer in een dag stukjes DNA met een lengte van 1000 ‘letters’ te kunnen maken. Microsoft werkt aan programmatuur om in die DNA-informatie zaken te kunnen vinden zoals een foto van katten of een stukje tekst (‘hello’?). Wordt vervolgd.
Bron: Futura-Sciences