Perché il DNA un giorno sostituirà il disco rigido?

Il DNA potrebbe un giorno memorizzare più dei semplici progetti per la vita: potrebbe anche ospitare vaste raccolte di documenti, musica o video in un formato incredibilmente compatto che dura migliaia di anni.

Ricercatori presso il Istituto Europeo di Bioinformatica a Hinxton, nel Regno Unito, hanno dimostrato un nuovo metodo per codificare in modo affidabile diversi formati di file di computer comuni in questo modo. Poiché il prezzo del sequenziamento e della sintesi del DNA continua a diminuire, i ricercatori stimano che questo mezzo di conservazione biologico sarà competitivo nei prossimi decenni.

La densità di memorizzazione delle informazioni del DNA è almeno mille volte maggiore di quella dei media esistenti, ma fino a poco tempo fa il costo della sintesi del DNA era troppo alto perché la tecnologia fosse qualcosa di più di una curiosità. Tuttavia, i metodi convenzionali di memorizzazione delle informazioni digitali per periodi prolungati continuano a porre problemi. I nastri magnetici tipicamente utilizzati per l'archiviazione diventano fragili e perdono il loro rivestimento dopo alcuni decenni. E anche se il supporto fisico utilizzato per archiviare le informazioni rimane intatto, i formati di archiviazione cambiano continuamente. Ciò significa che i dati devono essere trasferiti in un nuovo formato o potrebbero diventare illeggibili.

Il DNA, al contrario, rimane stabile nel tempo ed è un formato che è sempre probabile che sia utile. Vogliamo separare il supporto di memorizzazione dalla macchina che lo leggerà, afferma il capo progetto Nick Goldman . Avremo sempre tecnologie per leggere il DNA. Goldman osserva che sono stati trovati frammenti di DNA intatti vecchi di decine di migliaia di anni e che il DNA è stabile ancora più a lungo se refrigerato o congelato.

I ricercatori del Regno Unito hanno codificato il DNA con un MP3 del discorso I Have a Dream di Martin Luther King Jr., un PDF di un articolo scientifico, un file di testo ASCII dei sonetti di Shakespeare e una fotografia a colori JPEG. La densità di archiviazione dei file DNA è di circa 2,2 petabyte per grammo.

Altri hanno già dimostrato l'archiviazione dei dati del DNA. Quest'estate, ad esempio, i ricercatori guidati dal professore di genetica dell'Università di Harvard Chiesa di San Giorgio ha usato la tecnologia per codificare un libro (vedi An Entire Book Stored in DNA).

La differenza con il nuovo lavoro, afferma Goldman, è che i ricercatori si sono concentrati su un design pratico e tollerante agli errori. Per creare i file del DNA, i ricercatori hanno creato un software che ha convertito il uno sabbia 0 s del regno digitale nell'alfabeto genetico delle basi del DNA, etichettate come A, T, G e C. Il programma assicura che non ci siano basi ripetute come AA o GG, che portano a tassi di errore più elevati durante la sintesi e il sequenziamento del DNA.

I file sono stati divisi in segmenti, ciascuno chiuso con un codice indice che contiene informazioni su quale file appartiene e dove appartiene a quel file, analogo al titolo e al numero di pagina sulle pagine di un libro.

Il software di codifica garantisce anche una certa ridondanza. Ogni parte di un file è rappresentata in quattro frammenti diversi, quindi anche se diversi si degradano, dovrebbe essere comunque possibile ricostruire i dati.

Lavorando con Tecnologie Agilent di Santa Clara, California, i ricercatori hanno sintetizzato i frammenti di DNA e poi hanno dimostrato di poterli sequenziare e ricostruire accuratamente i file. Questo lavoro è descritto oggi sulla rivista Natura .

Il gruppo di Goldman stima che la codifica dei dati nel DNA attualmente costa $ 12.400 per megabyte, più $ 220 per megabyte per rileggere quei dati. Se il prezzo della sintesi del DNA scende di due ordini di grandezza, come dovrebbe fare nel prossimo decennio, afferma Goldman, l'archiviazione dei dati del DNA presto costerà meno dell'archiviazione dei dati su nastri magnetici.

Victor Zhirnov, direttore del programma per le tecnologie di memoria al Società di ricerca sui semiconduttori a Durham, nella Carolina del Nord, afferma che, poiché il costo attuale è così elevato, il DNA di archiviazione dei dati troverà probabilmente il suo primo utilizzo in archivi a lungo termine a cui non si accede frequentemente. Guardando al futuro, dice, può immaginare una tecnologia più aggressiva per sostituire il flash, la tecnologia di memoria non volatile presente nell'elettronica portatile, che sta già raggiungendo i suoi limiti di scalabilità. La chiave sarà sviluppare interi sistemi hardware che funzionino con il DNA, non solo sequenziatori e sintetizzatori.

La chiesa di Harvard dice che sta lavorando proprio su questo problema. Possiamo continuare a migliorare in modo incrementale la nostra capacità di leggere e scrivere il DNA, ma voglio saltare completamente fuori da quella scatola, dice. Church sta attualmente sviluppando un sistema per la codifica diretta di segnali analogici come video e audio nel DNA, eliminando del tutto l'elettronica convenzionale.

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