A fost inventata camera digitala care stocheaza fotografiile in… ADN

Dupa ce faci niste fotografii perfecte sau cand ai multe date de tot felul si vrei sa le stochezi undeva te gandesti la Cloud, la medii de stocare fizice, HDD, SSD, card de memorie sau un stick USB. Insa stocarea merge mai departe de aceste medii banale si e posibila chiar si in ADN. Oamenii de stiinta au demonstrat ca putem avea o camera digitala care stocheaza fotografii direct in ADN, si asta e o realizare uriasa pentru viitorul stocarii fotografiilor si datelor.

Stocarea digitala de date in ADN nu este o noutate. In practica utilizarile ADN-ului pe post de stocare sunt inca limitate, viteza de scriere si citire de pe secvente ADN este inca foarte lenta. Practic stocarea de date digitale in ADN presupune procesul de codare si decorare de date binare in si din ADN sintetizat, portiuni de ADN.

In 2019, oamenii de stiinta au anuntat ca toti cei 16 GB de text de pe Wikipedia, pagina in engleza, au fost codati in ADN sintetic. La doi ai diferenta a aparut si un DNA data writer care putea „scrie” in ADN la 18Mbps.

Codarea e posibila in foarte multe moduri cand vine vorba de ADN. Daca se doreste stocarea pe mii de ani va juta multa ca secventa sa fie artificiala si zona de citire sa fie usor de identificat. Daca se codeaza textul se traduce fiecare litera in codon, intr-o secventa de nucleotide intr-un tabel de cautare. Si datele arbitrare pot fi codate in ADN, se transforma toate datele in baza 3 si nu in baza 2, binar. Fiecare cifra e convertita in nucleotide. Ca sa nu se repete nucleotidele, fiecare rezultat al unei nucleotide va depinde de nucleotida precedenta.

Stocarea in ADN nu a fost prima forma ciudata de stocare. Prin anii 1950 se incerca stocarea datelor pe role mari magnetice. In comparatie cu ce se facea atunci, stocarea in secvente ADN sintetic e mai ieftina, nu consuma atat de multa energie, dureaza mai mult, fara pierderi majore de date. Daca avem o secventa ADN incapsulata in sare ea ramane stabila zeci de ani, fara a exista erori de stocare, nu ai nevoie de mentenanta, datele stocate in ADN se copie foarte usor si e foarte ieftin sa faci asa ceva.

Stochezi foarte multe informatii pe un spatiu foarte mic, toata informatia generata de oameni pana in 2025, adica 33 zettabytes poate fi stocata intr-o minge de pinpong tip ADN. Adaptive DNA Storage Codex (ADS Codex), un soft special inventat recent, deja traduce fisiere cu multe date din limbaj binar intr-un cod cu patru litere pe care doar biologia il intelege. Acelasi program decodeaza secventele de litere in cod binar, deci e o metoda usoara de codare, decodare pentru stocare in ADN. Dar erorile aparute in tot procesul de codare si stocare in ADN sunt multe, mai toate problemele vin de la insertie si de la stergerea erorilor. Datele sunt validate si se adauga detectia pentru erori la nivel de soft ca sa se evite din greselile ce vor aparea oricum.

Oricum in ADN-ul uman erau stocate foarte multe informatii legate de culoarea pielii, de culoarea ochilor, inaltime, alte caracteristici fizice, trasaturi biologice, deci e foarte simplu sa mergem mai departe cu stocarea datelor mai complexe. In stocarea in ADN avem trei etape: codarea datelor, sintetizare si stocarea dateleor, decodarea datelor. ADN-ul care stocheaza informatiile poate fi inghetat, pus in picaturi, in cipuri de silicon.

Ca sa va faceti o idee despre capacitatea de stocare a ADN-ului, intr-un gram de ADN pot fi stocate date asimilate valorii de 215 petabytes, unde 1 petabyte are 1.024 terabytes. Daca ne referim la un HDD, un terabyte are cam 400 g…

Care sunt avantajele stocarii in ADN? Densitatea stocarii e mai mare, durabilitatea e mai mare si ea, putem avea date stocate pe sute de ani fara probleme, replicabilitatea e una excelenta, informatia se poate insera in bacterii, care se vor reproduce si vor genera alte bacterii cu aceeasi informatie stocata la inceput in ADN, fara a se pierde datele.

Recent, cercetatorii au reusit sa depaseasca alta bariera a stocarii in ADN cu ajutorul stocarii fotografiilor de la o camera digitala speciala in ADN. A fost creata o metoda prin care se poate „capta” direct tot ce tine de datele spatiale si de semnalul de input trecand lumina 2D in ADN, de unde si stocarea imaginilor in ADN.

S-au folosit circuite optogenetice pentru a inregistra expunerea luminii in ADN, codandu-se locatii spatiale cu niste coduri de bare, dupa care fotografiile au fost preluate prin secventiere. Asa s-au codat in ADN un total de 1.152 biti de imagini, s-au putut extrage selectiv fotografiile, rezistenta la uscare, caldura sau UV a fost mare. Multiplexare folosindu-se lungimi de unda de la lumina a fost un succes, au fost captate doua fotografii simultan cu ajutorul luminii rosii si albastre.

Deci avem o camera digitala „vie”, pe viitor vom integra usor sistem biologice in dispozitive digitale. La final au fost extrase si datele din ADN, deci alt succes. S-a demonstrat ca lungimi de unda variabile ale luminii au putut fi multiplexate pentru a se capta doua fotografii diferite.