Selama beberapa tahun terakhir, para ilmuwan telah memecahkan kode genom mammoth dan kuda berusia 700.000 tahun menggunakan fragmen DNA yang diekstrak dari fosil. DNA pasti bertahan lebih lama daripada organisme yang membawa kode genetik. Ilmuwan dan insinyur komputer telah lama memimpikan memanfaatkan kelemahan dan ketahanan DNA untuk menyimpan data digital. Mereka ingin menyandikan semua angka nol dan satu menjadi molekul A, C, G, dan T, yang membentuk tangga spiral polimer DNA - dan kemajuan dekade ini dalam sintesis dan pengurutan DNA telah menghasilkan terobosan besar. Eksperimen terbaru menunjukkan bahwa suatu hari kita akan dapat menyandikan semua informasi digital dunia dalam beberapa liter DNA - dan membacanya lagi ribuan tahun kemudian.
Ketertarikan dari Microsoft dan perusahaan teknologi lainnya meningkatkan ketegangan di bidang ini. Bulan lalu, Microsoft Research mengatakan akan membiayai start-up biologi sintetik Twist Bioscience untuk membuat 10 juta untai DNA yang dirancang oleh ilmuwan komputer Microsoft untuk menyimpan data. Pembuat memori terkemuka Micron Technology juga mendanai penelitian penyimpanan DNA untuk menentukan apakah sistem asam nukleat dapat mendorong batas memori elektronik. Masuknya uang dan bunga ini secara bertahap dapat mengurangi biaya selangit dan memungkinkan penyimpanan data dalam DNA dalam sepuluh tahun, kata para peneliti.
Manusia akan menghasilkan lebih dari 16 triliun gigabyte data digital pada tahun 2017, dan sebagian besar perlu diarsipkan. Data hukum, keuangan dan medis, serta, tentu saja, file multimedia. Saat ini, data disimpan di hard drive, disk optik di pusat data intensif energi sebesar gudang. Paling banter, data ini disimpan selama tiga puluh tahun, paling buruk - beberapa. Selain itu, menurut arsitek komputer Microsoft Research Karin Strauss, "Kami menghasilkan lebih banyak data daripada yang dapat dilakukan oleh industri penyimpanan, dan proyeksi menunjukkan bahwa celah tersebut akan melebar."
Sekarang mari tambahkan DNA ke semua ini. Ia hidup selama berabad-abad jika disimpan di tempat yang sejuk dan kering. Secara teori, itu dapat mengemas miliaran gigabyte data ke dalam kubus gula. Tape, media penyimpanan terpadat yang tersedia saat ini, dapat menampung 10 gigabyte dalam jumlah ruang yang sama. "DNA adalah media penyimpanan yang sangat padat, tahan lama, dan tidak mudah menguap," kata Olgica Milenkovic, profesor teknik listrik dan komputer di Universitas Illinois di Urbana-Champaign.
Ini karena masing-masing dari empat molekul pembangun - adenin (A), sitosin ©, guanin (G) dan timin (T) - menempati volume nanometer kubik. Menggunakan sistem pengkodean - katakanlah, di mana A mewakili bit "00," C mewakili "01," dan seterusnya - ilmuwan dapat mengambil baris satu dan nol yang menyusun file data digital dan membuat untai DNA yang berisi snapshot atau video. Tentu saja, teknik pengkodean yang sebenarnya jauh lebih rumit daripada yang kami tuliskan untuk Anda di sini. Desain sintesis untai DNA adalah proses penulisan data. Ilmuwan kemudian dapat membacanya dengan mengurutkan rantai.
Ahli genetika Harvard, George Church, mendirikan area penelitian ini pada tahun 2012 dengan mengkodekan 70 miliar salinan buku - satu juta gigabit - dalam satu milimeter kubik DNA. Setahun kemudian, para ilmuwan dari European Institute of Bioinformatics menunjukkan bahwa mereka dapat membaca, tanpa satu kesalahan pun, 739 kilobyte data yang terdapat dalam DNA.
Tahun lalu, beberapa tim ilmuwan mendemonstrasikan sistem yang berfungsi penuh. Pada bulan Agustus, para ilmuwan di ETH Zurich merangkum DNA sintetis dalam kaca, menjalani kondisi yang mensimulasikan kedaluwarsa 2.000 tahun, dan memulihkan data yang dikodekan sepenuhnya. Secara paralel, Milenkovic dan rekan-rekannya melaporkan bahwa enam universitas Amerika telah menyimpan halaman Wikipedia dalam DNA dan - dengan memberikan urutan dengan "alamat" khusus - bagian teks tertulis yang dibaca dan diedit secara selektif. Akses acak ke data sangat penting untuk menghindari keharusan "mengurutkan seluruh buku untuk membaca hanya satu paragraf," kata Milenkovich.
Pada bulan April, Strauss dan ilmuwan Jord Seelig dan Luis Tsese dari Universitas Washington melaporkan bahwa mereka dapat menulis tiga file gambar, masing-masing beberapa puluh kilobyte, dalam 40.000 untai DNA menggunakan skema pengkodean mereka sendiri, dan kemudian membacanya satu per satu, bukan membuat kesalahan. Mereka mempresentasikan hasil kerja mereka pada bulan April di konferensi Association for Electronic Computing. Dengan 10 juta string yang dibeli Microsoft dari Twist Bioscience, para ilmuwan berencana untuk membuktikan bahwa data DNA dapat disimpan dalam skala yang jauh lebih besar. “Tujuan kami adalah untuk mendemonstrasikan sistem akhir di mana kami menyandikan file DNA, mensintesis molekul, menyimpannya untuk waktu yang lama, dan kemudian memulihkannya dengan mengurutkan DNA,” kata Strauss. "Kami mulai dengan ketukan dan kembali ke ketukan."
Video promosi:
Produsen memori Micron sedang mempelajari DNA sebagai teknologi pasca-silikon. Perusahaan tersebut mendanai pekerjaan para ilmuwan Church dan University of Idaho untuk menciptakan sistem penyimpanan bebas kesalahan dalam DNA. “Meningkatnya biaya penyimpanan akan mendorong solusi alternatif, dan penyimpanan DNA adalah salah satu solusi yang paling menjanjikan,” kata Gurtei Sandu, direktur pengembangan teknologi canggih di Micron.
Ilmuwan masih mencari cara untuk mengurangi jumlah kesalahan dalam encoding dan decoding data. Tetapi sebagian besar teknologinya sudah ada. Jadi, apa yang menghentikan kita untuk berpindah dari gudang data berukuran kotak sepatu ke kapsul kaca DNA? Biaya. “Proses perekaman jutaan kali lebih mahal,” kata Seelig.
Inilah alasannya: Membuat DNA melibatkan merangkai molekul berukuran nano satu per satu dengan presisi tinggi - bukan tugas yang mudah. Dan meskipun biaya pengurutan turun karena permintaan yang meningkat pesat untuk layanan ini, sintesis DNA tidak memiliki pendorong serupa di pasaran. Milenkovic membayar sekitar $ 150 untuk membuat rangkaian 1.000 nukleotida yang disintesis. Pengurutan satu juta nukleotida membutuhkan biaya sekitar satu sen.
Minat dalam penyimpanan data dari Microsoft dan Micron mungkin hanya momentum yang dibutuhkan untuk mulai memangkas biaya, kata Seelig. Rekayasa yang cerdas dan teknologi baru seperti mikrofluida dan sekuensing DNA pori-pori yang membantu mengurangi dan mempercepat proses juga akan membantu kemajuan. Sekarang dibutuhkan waktu berjam-jam untuk mengurutkan beberapa ratus pasangan basa - dan berhari-hari untuk mensintesisnya - menggunakan banyak peralatan. Saya berharap saya dapat melakukan semua ini dalam kotak kecil, jika tidak, keuntungan kepadatan penyimpanan akan hilang.
Jika semuanya berjalan lancar, Strauss membayangkan perusahaan yang menawarkan layanan pengawetan DNA arsip untuk dekade berikutnya. "Anda dapat membuka browser Anda dan mengupload file ke situs mereka atau mengambil kembali byte Anda seperti yang Anda lakukan di cloud," katanya. Atau Anda bisa membeli CD DNA sebagai pengganti hard drive.
ILYA KHEL
