sobota, 16 lipca 2022

Twardy dysk proszę. DNA czy zwykły?

English version at the bottom of the page

To pytanie w sklepach możemy usłyszeć już za kilka lat. A przynajmniej znajdziemy tam czipy do zapisywania danych na DNA. I to w przystępnej cenie, jak zapowiada szefowa firmy Twist Bioscience. 

Dlaczego mielibyśmy jej wierzyć? Choćby dlatego, że organizacja zrzeszająca firmy zainteresowane takimi technologiami - DNA Data Storage Alliance, gdzie członkami są między innymi Microsoft, Dell Technologies czy Illumina, dołączyła do organizacji wypracowującej światowe standardy przechowywania danych – SNIA.

Zapisywanie danych w DNA ma tą przewagę że, wkrótce będzie tańsze od metod dotychczas stosowanych. Co przy powiększającej się ilości informacji, które trzeba magazynować, przyniesie użytkownikom wymierne oszczędności. Jeszcze przez długi czas będziemy mieli problem z szybkością zapisu/odczytu z DNA, więc ta technologia nie pomoże nam w zastosowaniach gdzie informacji potrzebujemy szybko, ale do tworzenia archiwów to doskonały wybór. A z większości danych, które istnieją, korzystamy bardzo rzadko. Co ciekawe, wszystkie dane, które wytworzyliśmy dotąd na świecie, zapisane na DNA, zmieszczą się w większym słoiku. Odpowiednio zabezpieczone, mogą tam leżeć 10000 lat, bez uszczerbku.

Kodowanie w DNA

Co potrzebujemy do tego aby zapisać dane w kodzie genetycznym? Po pierwsze zamieniamy kod składający się z zer i jedynek na literki zasad które występują w DNA – ACGT. Więc np. 00 może stać się A, a 01 - C.  Nic prostszego. Następnie, chemicznie, tworzymy krótkie łańcuchy tych zasad, łączymy je w dłuższe, i osadzamy np. na silikonowym czipie. Do odczytywania używamy sekwentatorów jakimi odczytuje się kod zwierząt czy roślin. Są one coraz tańsze. Niedługo odczytanie całego kodu człowieka, zejdzie do ceny 100 stu dolarów  ( za 3 mld. literek kodu).

Trochę więcej  na temat tej technologii można poczytać na stronie dnastoragealliance.org, z której pochodzi poniższa grafika.



Do DNA przez kwantowy internet

Równie szybko nadchodzącą technologią jest komunikacja kwantowa. Będzie to warstwa internetu służąca do najbezpieczniejszej komunikacji. Na razie problemem jest to, że ciężko taką informację przesyłać przez węzły, ale naukowcy pracują nad jego rozwiązaniem. Dostępne są już komercyjno-badawcze urządzenia do kwantowego transferu informacji, a elementy do nich dostarcza polska firma – Creotech. Gdy już będziemy mieć kwantowy internet, informacja przez niego przechodząca będzie nie do przejęcia. Z uwagi na to że bliską technologią są komputery kwantowe, które łatwo złamią standardowe szyfrowanie, przez warstwę tego nowego internetu przechodzić będzie sporo informacji. I część z nich trafi do archiwów DNA.

Nie uciekaj nośniku

Nie jest nowością to, że możemy zapisywać informacje do DNA istot żywych. Na podobnych zasadach jak działają terapie genowe. Potrafimy zmieniać kod bakterii, roślin.  Naukowcy zapisywali w kodzie organizmów obrazki czy nawet filmiki. Większość technik, wykorzystanych w zapisywaniu zapożyczona jest z mechanizmów działania układu odpornościowego. Poczynając od słynnego CRISPR/Cas9, do wykorzystania transferazy TdT, która jest częścią mechanizmu rekombinacji VDJ, który to właśnie chroni nas przed rzeszą nieznanych nam patogenów.  Te technologie są jeszcze dość wolne, więc nagrywarki do „żywego” DNA są w fazie eksperymentalnej ale tu też nie potrzeba wielu lat by sprawić żeby nie tylko rośliny na parapecie ale i pająk w rogu strychu czy motylek mógł być bardzo bezpiecznym sejfem na nasze najcenniejsze informacje. Tyle że może nam uciec. 

AAA, Mechanika DNA na wyprawy kosmiczne szukam

Więc może bezpieczniej będzie umieścić nasze poufne informacje, zapisane w DNA, na jakiejś asteroidzie? W nadchodzącej epoce górnictwa kosmicznego, nie będzie to żadnym problemem. Już teraz możemy je umieścić na którymś, z komercyjnych satelitów.

A dla rozbudzenia apetytów przyszłością dodam, że ostatnio naukowcy odkryli wpływ efektów kwantowych na mutacje DNA. Tak więc, przyszły zawód mechanika DNA, konstruującego kod, symulującego zachowania maszynerii białkowych w skomplikowanym środowisku komórkowym i międzykomórkowym, to będzie bardzo ciekawa fucha.


Projekt dnata.space


PS: Szukamy wsparcia dla rozwoju edukacji w zakresie biologii syntetycznej w Polsce. Dzięki temu, szybko możemy przejść na początek stawki naukowo-technologicznej w rozwijającym się świecie. Nasz projekt zakłada stworzenie testowego – edukacyjnego laboratorium biologii syntetycznej i przeskalowanie tego na całą Polskę. Dzięki pozwoleniu młodym ludziom na naukę, za pomocą prawdziwych narzędzi, i uczeniu się ze wszystkich dostępnych źródeł, pomożemy w szybszym nabywaniu nowych umiejętności. Zamiast zapamiętywania maksymalnej ilości informacji, proponujemy kształcenie w kierunku zrozumienia algorytmów, wyszukiwania informacji i kreatywnego podejścia do używania narzędzi i zasobów. Zainteresowanych projektem zapraszam na stronę Iławskiego Instytutu Idei: https://www.instytut.ilawa.pl/synbio_lab






-------------------------------ENG------------------------------

- I would like to buy hard disc, please.

- DNA or ordinary one?


We can hear this question in stores in a few years. Or at least we'll find there DNA chips on which we can store our data. And at an affordable price, as announced by the CEO of Twist Bioscience.

Why should we believe her? For the very fact because the organization associating companies interested in such technologies - DNA Data Storage Alliance, whose members include Microsoft, Dell Technologies or Illumina, has joined the organization developing world standards for data storage - SNIA.

Storing data in DNA has the advantage that it will soon be cheaper than the methods used so far. Which, with the increasing amount of information that needs to be stored, will bring tangible savings to users. We will have problems with the speed of writing / reading from DNA for a long time, so this technology will not help us in applications where we need information quickly, but for creating archives it is an excellent choice. And most of the data that exists is very rarely used. Interestingly, all the data we have produced so far in the world, written on DNA, will fit into a larger jar. And, properly secured, can stay there for 10,000 years without any damage.


Coding in DNA

What do we need to save data in the genetic code? First, we replace the code consisting of ones and zeros into the letters of the bases that appear in DNA - ACGT. So, for example, 00 can become A, and 01 - C. Nothing easier. Then, chemically, we create short chains of these bases, join them into longer ones and embed them, for example, on a silicone chip. For reading, we use sequencers with which the code of animals or plants is read. They are getting cheaper. Soon reading the entire human code will go down to the price of 100 hundred dollars (for 3 billion letters of code). You can read a little more about this technology on the dnastoragealliance.org website  


Into DNA via the quantum internet

Quantum communication is also rapidly coming technology. It will be the layer of the internet for the most secure communication. The problem for now is that it is difficult to transmit this information through the nodes, but scientists are working on a solution. Commercial and research devices for quantum information transfer are already available, and the elements for them are provided by a Polish company - Creotech. Once we have quantum internet, the information passing through it will be unbreakable. Due to the developement of quantum computers, which are a related technology, which can easily break standard encryption, a lot of information will pass through the layer of this new internet. And some of this data will go to the archives stored in DNA.


Don't run away, my data carrier

It is not new that we can write information to the DNA of living beings. Gene therapies work, substantially, in a similar way. We can change the code of bacteria and plants. Scientists saved pictures or even videos in the code of organisms. Most of the techniques used in writing are borrowed from the mechanisms of the immune system. Starting from the famous CRISPR / Cas9, to the use of TdT transferase, which is part of the VDJ recombination mechanism, which protects us from a multitude of different pathogens. These technologies are still quite slow, so recorders for "live" DNA are in the experimental phase, but it will not take many years to use not only plants on the windowsill, but also a spider in the corner of the attic or a butterfly, as very safe vault for our most valuable information . Only it can run away from us.


AAA. Wanted. DNA Mechanic for Space Expeditions  

So maybe it would be safer to put our confidential information, stored in DNA, on some asteroid? In the coming age of space mining, that won't be a problem at all. We can already place DNA data on any of the commercial satellites. And to whet your appetite for the future, I could mention that recently scientists have discovered the influence of quantum effects on DNA mutations. So, the future profession of a DNA mechanic, which will be constructing code, and modeling the behavior of protein machinery in a complex cellular and intercellular environment, will be a very interesting job.

PS: We are looking for support for the development of education in the field of synthetic biology in Poland. Our project involves the creation of a test - educational laboratory of synthetic biology and scaling it to the entire territory of Poland. By allowing young people to learn with real tools and learning from all available sources, we will help them acquire new skills faster. Instead of remembering as much information as possible, we will help you understand algorithms, find information, and be creative in using tools and resources. If you are interested in the project, please visit the website of the Ilavian Institute of Ideas: https://www.instytut.ilawa.pl/synbio_lab

















Brak komentarzy:

Prześlij komentarz