В настоящее время исследователи из различных уголков земного шара занимаются поисками и разработками новых технологий долговременного хранения информации. Это связано с тем, что существующие носители информации, такие, как жесткие диски, оптические диски, flash-память и т.п. могут обеспечить сохранность информации на протяжении максимум 50-100 лет. Одним из альтернативных методов долговременного хранения информации является использование молекул ДНК в качестве информационных носителей. Однако, главным недостатком этого метода является достаточно высокий уровень ошибок, связанных с несовершенством используемых методов и временной химической деградации молекул, возникающих при определении последовательности (секвенсировании) генетического кода, содержащегося в ДНК.
Недавно исследователи из Швейцарского федерального технологического института (Swiss Federal Institute of Technology, ETH) в Цюрихе провели исследования, в ходе которых было решено некоторое количество основных проблем, связанных с хранением информации в ДНК, а найденные учеными решения позволяют уже сейчас реализовать методы свободного от ошибок хранения генетически закодированной цифровой информации. Дальнейшие же совершенствования разработанных учеными технологий позволят создать устройства хранения информации, способные надежно хранить ее в течение миллиона лет или около этого.
Первой решенной учеными проблемой стала проблема предотвращения химической деградации молекул ДНК. Для этого ученые поместили образцы генетического материала в полости сфер из разных материалов, в том числе и из кварцевого стекла, диаметр которых был равен 150 нанометрам. Для проверки качества герметизации и работы "упаковки" исследователи выдерживали запечатанную ДНК при температуре от 60 до 70 градусов по шкале Цельсия. Несколько недель хранения в таких условиях, с точки зрении интенсивности процессов химической деградации, эквивалентны сотням лет хранения генетического материала в нормальных условиях.
Проверка сохранности генетического материала, прошедшего процедуру ускоренного искусственного старения, показала, что только капсулы из кварцевого стекла смогли обеспечить целостность молекул ДНК, в которых сохранилась вся закодированная в них информация.
Вторая проблема, которую удалось решить швейцарским ученым, заключается в том, что любое существующее оборудование секвенсирования ДНК не дает абсолютно точных результатов. У любого такого оборудования имеется параметр, называемый абсолютной погрешностью, значение которого может отличаться на порядок и больше у простых и сложных установок, стоимость которых различается еще на большее количество порядков. Но и самые лучшие образцы устройств-секвенсоров неспособны обеспечить стопроцентную точность считывания генетической информации, что абсолютно неприемлемо для любых устройств хранения информации.
Для преодоления этой проблемы исследователи использовали очень старый прием, заключающийся в использовании корректирующего кодирования, содержащего избыточную информацию. Ученые использовали код Рида-Соломона (Reed-Solomon Code), который обеспечивает более надежную коррекцию ошибок, нежели код Хэмминга, использовавшийся в первых гибких, жестких и оптических дисках. Использование кода Рида-Соломона позволяет восстановить точные значения хранимых данных в случаях возникновения ошибок обоих типов, чтения или ошибок, связанных с химической деградацией молекул ДНК.
Как и любой другой самокорректирующийся код, код Рида-Соломона работает за счет наличия в наборе избыточных данных, которые позволяют определить и исправить возникшие ошибки. "Для того, чтобы определить кривую, к примеру, параболу, требуется только три точки" - рассказывает Райнхард Хекель (Reinhard Heckel), сотрудник Лаборатории коммуникационных технологий ETH Zurich, - "Мы добавили к этому еще две точки, для случая, когда одна любая точка потеряется или сместится со своей позиции".
Первоисточник
Подпишись: