Revolucionaran izum: Večnost na hard disku od DNK

Nijedan uređaj za čuvanje podataka na svetu, niti svi magnetni kalemovi zajedno ne bi mogli da sačuvaju sve digitalne podatke koji se danas proizvode širom zemaljske kugle.

Uz pomoć naslednog materijala DNK to bi bila dečja igra. Kilogram genetskog materijala sa hemijskim nazivom dezoksiribonukleinska kiselina, koji poput duge nevidljive i ekstremno tanke šifrovane „životne niti“ pliva u svakoj ćeliji našeg tela, teoretski bi bio dovoljan da se sačuvaju svi podaci na svetu – i to tokom perioda od stotina hiljada godina, pod uslovom da se DNK čuva na hladnom i suvom mestu.

Istorija je to već pokazala. Ostaci ljudskih kostiju nađeni u pećinama potvrđuju da u genomu svake ćelije ostaju sačuvani gigabajti genetskih informacija. Postavlja se pitanje da li takva izrazito efikasna molekularna banka podataka može i tehnološki da se proizvede?

Ubedljivi odgovor su dali molekularni biolozi i bioinformatičari: ekstremna gustina podataka i stabilnost genoma može da se iskoristi i pomoću sredstava kojima već danas raspolažu bioinženjeri i programeri. Pet godina nakon što je genetičar sa Univerziteta Harvard Džordž Čerč prvi put sačuvao komercijalnu digitalnu informaciju na odsečcima DNK, naučnici Univerziteta Kolumbije i njujorškog „Genom centra“ našli su način da još jednom radikalno povećaju kapacitet čuvanja podataka i kvalitet sintentički proizvedene nasledne supstance. S kapacitetom memorije od 215 petabajta po gramu DNK time su se veoma približili teoretskoj gustini podataka genetskog materijala.

Iako se kapacitet memorije aktuelnih uređaja za čuvanje podataka zahvaljujući sve manjim čipovima eksponencijalno povećava, na duži rok uređaji za čuvanje bitova i bajtova postaće previše nestabilni i nedovoljno efikasni. Osim toga, veliki kompjuteri gutaju megavate i megavate energije, bilo da je reč o računarima s procesorima na bazi silicijuma, ili onima sa magnetnom memorijom.

Američki neurolog Dejvid Markovic izračunao je prošle godine u članku u časopisu „Nature“ da bi džinovski centar za čuvanje podataka, opremljen ogromnim brojem magnetnih memorija, koji bi čuvali egzabajte, to jest više od milijardu gigabajta podataka, bio zamisliv, ali da bi se samo za izgradnju takvog računarskog centra potrošilo više od milijardu dolara. Osim toga, gradio bi se više od deset godina i trošio stotine megavata struje godišnje.

Nasuprot tome, u jednom gramu DNK mogla bi da se sačuva trostruko veća količina podataka (i to bez greške) nego što ih sadrži superračunar Nemačkog Računarskog centra za proučavanje klime i planetarnih sistema. Kako je to moguće?

Janiv Erlih sa Univerziteta Kolumbije u Njujorku i njegova koleginica Dina Želinski iz „Genom centra“ u Njujorku obavili su eksperiment u kome su koristili višestepeni algoritam, a suština je u tome da se svaka komponenta u dugom DNK lancu iskoristi što efikasnije i sa što manje grešaka, da se spakuje što više podataka i da nijedna informacija ne bude izgubljena. Zato su naučnici tako programirali svoj „DNK bunar“ da optimalno prevodi digitalnu informaciju u biološki jezik genetskog materijala. Svaki DNK odsečak dobio je barkod, kako prilikom ponovnog dobijanja podataka ne bi došlo do greške.

Naučnici su komprimovanu datoteku od 2,15 metabajta preveli u biološku datoteku od 72.000 DNA odsečaka u kojoj su bili sadržani informacije za kompjuterski operativni sistem, čuveni francuski nemi film „Dolazak voza na železničku stanicu La Sjota“ s kraja 19. veka, „Amazonov“ vaučer od 50 dolara, kompjuterski virus, informacija sa jedne od Pionirovih plaketa instaliranih na američkim svemirskim sondama i PDF fajl sa radom prvog informacionog teoretičara Kloda Šenona, koji je najavio dolazak digitalne ere.

Kada je u pitanju brzina, proces memorisanja nije bio nimalo jednostavan. Pisanje, prenošenje i ponovno dobijanje informacija sa DNK memorije trajalo je danima. Brzina, dakle, nije jača strana molekularnih memorija, ali kada je reč o gustini podataka i preciznosti, molekularni uređaj za memorisanje praktično je nepobediv: nije napravio nijednu grešku prilikom memorisanja i čitanja informacija, a potrošnja energije je bila minimalna.