Když nám dojde místo pro data, vědci je chtějí uložit do DNA

Nejprve apokalyptické varování: Dochází nám úložiště dat.

Je pravděpodobné, že to není něco, o co byste se v posledních letech museli příliš starat. Bývaly doby, není to tak dávno, kdy jediným úložištěm, které jste měli k dispozici, byl konečný pevný disk vašeho počítače. Dosáhněte tohoto limitu (který v případě mého prvního počítače činil méně než 100 MB) a uchýlili jste se k disketám a dalším lokálním externím úložištím. Když vám to taky došlo, máte smazání.

Další nemažeme. Ani společnosti, zejména ty, které jsou oceňovány na základě údajů, které vlastní. Místo toho jednoduše posouváme naše soubory do cloudu, jehož samotné jméno je pomíjivé a éterické; chybí jakákoli skutečná tělesnost. Kde jsou data uložena? Nezáleží na tom, dokud to můžeme získat zpět. Jaká jsou rizika nedostatku cloudového úložiště? Zdánlivě velmi málo, kromě toho, že musíte navýšit své měsíční platby za předplatné, abyste odemkli nádhernější bezplatný prostor.

Z toho vyplývá, že myšlenku, že nám jednoho dne může dojít úložiště dat, je stejně těžké zabalit do hlavy kolem jako návrh, že by nám mohla dojít voda: ten úžasný volný zdroj, který padá z nebe. Ale rok 2018 je rokem, kdy přišlo Kapské Město v Jižní Africe prudce blízko k vyčerpání vody. A také nám může dojít úložiště dat.

Data, data, všude

Důvodem je nepředstavitelné tempo, kterým v současné době produkujeme data. Každý den se vytvoří přibližně 2,5 kvintilionu bajtů dat, s laskavým svolením 3,7 miliardy lidí, kteří nyní používají internet. Jen za poslední dva roky bylo vytvořeno ohromujících 90 procent světových dat. S rostoucím počtem chytrých zařízení připojených k internetu věcí se toto číslo výrazně zvýší.

„Když přemýšlíme o cloudovém úložišti, myslíme na tato nekonečná úložiště dat,“ Hyunjun Park, generální ředitel a spoluzakladatel společnosti pro ukládání dat. Katalog, řekl Digital Trends. „Ale cloud je ve skutečnosti jen počítač někoho jiného. Většina lidí si neuvědomuje, že generujeme tolik dat, že tempo, jakým je generujeme, daleko předčí naši schopnost je všechna uložit. Ve velmi blízké budoucnosti budeme mít obrovskou propast mezi užitečnými daty, která generujeme, a tím, jak je dokážeme ukládat pomocí konvenčních médií.“

Vzhledem k tomu, že společnosti cloudových úložišť jsou zaneprázdněny budováním nových datových center a rozšiřováním svých stávajících, a to rychlostí uzlů, je obtížné zjistit, kdy by nám mohla dojít kapacita pro ukládání dat. Nejsou zde žádné odpočítávací hodiny ve stylu filmu. Podle Parka však již v roce 2025 mohlo lidstvo vyprodukovat více než 160 zettabytů dat kumulativně. (Zettabajt, pokud vás to zajímá, je bilion gigabajtů.) Kolik z toho budeme schopni uložit? Zhruba 12,5 procenta, navrhuje Park.

Je jasné, že je potřeba něco udělat.

Je DNA odpovědí?

To je místo, kde do obrazu vstupuje Park a jeho kolega z MIT a spoluzakladatel Nathaniel Roquet. Jejich startup Catalog vyvinul technologii, o které se domnívají, že by mohla změnit úložiště dat, jak je známe; umožňují, nebo to alespoň tvrdí, veškerá světová data se pohodlně vejdou do prostoru velikosti šatny.

Katalogové řešení? Zakódováním dat do DNA. Může to znít jako zápletka z románu Michaela Crichtona, ale jejich škálovatelné a cenově dostupné řešení je vážné. daleko získala 9 milionů dolarů v rizikovém financování – spolu s podporou předních profesorů ze Stanfordu a Harvardu Vysoké školy.

„Často dostávám otázku: ‚Čí DNA používáme?‘“ zasmál se Park. "Lidé se bojí, že lidem vezmeme DNA a uděláme z nich mutanty nebo podobné věci."

Toto není, měli bychom si ujasnit, co Katalog dělá. DNA, do které společnost kóduje data, je syntetický polymer. Není to něco, co pochází z biologického původu, a řada párů bází, do kterých jsou data zakódována, jako řada jedniček a nul, není kódem pro nic živého. Ale konečný produkt je přesto biologicky nerozeznatelný od něčeho, co byste mohli najít v živé buňce.

O myšlence, že by DNA mohla být potenciální metodou ukládání, se spekulovalo už desítky let, prakticky od chvíle, kdy James Watson a Francis Crick v roce 1953 objevili dvojitou šroubovici. Doposud se však vyskytla řada překážek, které mu bránily v tom, aby dosáhl svého obrovský potenciál jako řešení pro ukládání výpočetních dat.

Tradiční myšlení o ukládání dat na bázi DNA zaměřené na syntézu nových molekul DNA; mapování sekvence bitů na sekvenci čtyř párů bází DNA a vytvoření dostatečného množství molekul, které reprezentují všechna čísla, která chcete uložit. Problém je v tom, že tento proces je pomalý a drahý, což je značná úzká hrdla, pokud jde o ukládání dat.

Přístup katalogu je založen na oddělení procesu syntézy od procesu kódování. V podstatě společnost generuje obrovské množství jen několika různých molekul (což je mnohem levnější) a poté kóduje informace generováním obrovské rozmanitosti z předem vyrobených molekul.

Jako analogii Katalog přirovnal předchozí přístup k výrobě vlastních pevných disků se všemi vašimi daty pevně zapojenými. Ukládání různých dat znamená postavit zcela nový pevný disk od základů. Jejich přístup, jak navrhují, je podobný hromadné výrobě prázdných pevných disků a jejich následnému plnění zakódovanými informacemi, jak a kdy je potřeba.

Je to všechno o skladování

Vzrušující částí toho všeho je ohromující množství dat, které dokáže uložit. Jako důkaz konceptu katalog použil svou technologii ke kódování knih jako Stopařův průvodce po galaxii do DNA. Ale to není nic ve srovnání s možnostmi.

"Pokud porovnáváte jablka s jablky, bity, které můžete uložit ve stejném objemu, vyjdou na něco jako 1 milionkrát větší hustotu informací než na SSD disku," řekl Park. "Cokoli můžete uložit na flash disk, můžete uložit 1 milionkrát tolik ve stejném objemu, pokud to děláte v DNA."

Srovnání s disky SSD však není přesné. DNA může být schopna uložit mnohem více informací do stejného svazku, ale nemá okamžitý přístup, řekněme, flash disk připojený přes USB. Katalogový přístup transformuje data do pevné pelety syntetického polymeru.

Pro přístup k vašim datům by vědci museli vzít uvedenou peletu, rehydratovat ji přidáním vody a poté ji přečíst pomocí sekvenátoru DNA. To poskytuje páry bází DNA, které lze následně použít k výpočtu jednotek a nul, které znovu sestaví vaše data. Od začátku do konce bude proces trvat minimálně několik hodin.

Z tohoto důvodu se Katalog zpočátku zaměřuje na trh zvyklý na tyto druhy zpoždění: trh archivace. Jedná se o druh dat, která jsou v současnosti uložena na formátech, jako je magnetická páska, která se používá pro sledování druhu informací, o kterých možná doufáte, že je nebudete muset znovu navštěvovat, ale přesto jsou zásadní pro jejich uchování na. (Představte si firemní ekvivalent záruky na vaši lednici.)

Existuje však někdy bod, kdy to bude pro běžného uživatele záležet? Koneckonců, jak jsme zdůraznili v horní části tohoto článku, většina z nás ve skutečnosti tolik nepřemýšlí o svých datech a o tom, kde jsou uchovávána. Je to na magnetické pásce? Je to na pevném úložišti? Nevadí nám, pokud je tam, když to potřebujeme.

Vzhledem k množství času, který trvá získání informací, je nepravděpodobné, že někdy nastane okamžik, kdy by vaše informace Google Cloud jsou například uloženy v obrovských kádích DNA nebo jako řada mramorových pelet v Mountain View, CA. Pokud bude Katalog schopen firmám prokázat svůj koncept, bude to pravděpodobně možnost dlouhodobého ukládání, zatímco krátkodobá data budou mít jiné formy.

Představte si možnosti

Existují však vzrušující sci-fi znějící možnosti. "Představte si podkožní pelety obsahující všechna vaše zdravotní data, všechna vaše vyšetření MRA, vaše krevní testy, vaše rentgenové snímky od vašeho zubaře," řekl Park. „Vždy byste chtěli, aby vám tato data byla dobře dostupná, ale nutně je nechcete mít někde v cloudu nebo na nezabezpečeném serveru v nemocnici. Kdybyste to měli u sebe ve formě DNA, mohli byste fyzicky kontrolovat tato data a přístup k nim a zároveň zajistit, aby k nim měli přístup pouze oprávnění lékaři.“

Ostatně, jak podotýká, všechny nemocnice dnes mají sekvenátory DNA. "Neříkám, že o to teď usilujeme, ale je to možná budoucnost," řekl.

Po oznámení své nové společnosti světu se Katalog nyní zaměřuje na provedení několika pilotních projektů, které demonstrují, jak lze tuto technologii efektivně využít. "Toto nejsou vědecké výzvy, které musíme vyřešit, ale spíše problémy mechanické optimalizace," poznamenal.

Jak sám přiznává, vstoupil do tohoto oboru, protože to znělo jako skvělý technologický přístup k velkému Park je nyní přesvědčen, že ukládání dat DNA se může ukázat jako jedna z nejdůležitějších našich technologií čas.

Sakra, pokud jde o schopnost archivovat lidskou historii, jak ji známe, je těžké nesouhlasit. "Jde o zachování našeho způsobu života, jak jej známe," vysvětlil.

Doporučení redakce

• Jsou magnetické pásky ze staré školy nosičem dat budoucnosti?
• Čína chce pomocí kontroverzní analýzy DNA odhadnout tváře zločinců
• Tento biotechnologický startup chce uložit vaši DNA do trezoru na Měsíci
• Vědci z Caltechu použili DNA k hraní nejmenší hry piškvorky na světě
• Přesná medicína závisí na DNA, ale vyslat vaše sliny stále přináší rizika