Wat is DNA-gegevensopslag? Is het de toekomst van opslag?

In de afgelopen decennia is de opslagtechnologie geëvolueerd en beter geworden. Het is overgestapt van cd's en diskettes naar harde schijven en solid-state schijven. Maar toch hebben we een probleem: de hoeveelheid beschikbare en geproduceerde opslagruimte kan de data die we blijven produceren niet aan.

Dus, zou DNA-opslag het probleem oplossen? Kunnen gegevens worden opgeslagen in DNA?

Wat is DNA-gegevensopslag?

DNA-gegevensopslag is het proces waarbij DNA-moleculen als opslagmedium worden gebruikt. In tegenstelling tot de huidige optische en magnetische vormen van opslagtechnologieën, worden DNA-gegevens niet opgeslagen in binaire cijfers (d.w.z. enen en nullen). In plaats daarvan zouden ze worden gecodeerd in DNA-nucleotidebasen (A, C, G, T) en worden opgeslagen. Deze strengen worden vervolgens indien nodig omgezet in binaire cijfers.

Op dit moment bestaat er meer dan 11 biljoen gigabyte aan data, met elke dag minstens 2,5 miljoen gigabyte meer. De gegevensopslagmedia die in de wereld beschikbaar zijn, kunnen deze enorme toename niet bijhouden. DNA-opslag is een oplossing voor dit opslagprobleem.

Hoe werkt DNA-gegevensopslag?

DNA staat voor deoxyribonucleïnezuur. Het is een complexe organische molecule die de genetische informatie van een levend wezen draagt. Het wordt bij alle mensen aangetroffen en slaat informatie op zoals huidskleur, oogkleur, lengte en andere fysieke en biologische eigenschappen.

Een DNA-spiraal heeft meerdere en afwisselende paren van vier unieke basen. Dit zijn adenine (A), guanine (G), cytosine (C) en thymine (T). Deze basen zijn paarsgewijs aan de DNA-spiraal vastgemaakt, basenparen genoemd. De twee basenparen zijn adenine-thymine en guanine-cytosine.

Gegevens worden opgeslagen in binaire cijfers (1s en 0s) in traditionele computers. Bij DNA-gegevensopslag slaan de vier nucleotidebasen (A, C, G, T) gegevens op en coderen ze. Informatie wordt opgeslagen in permutaties van drie nucleotidenbasen, codons genaamd.

DNA-opslag omvat drie processen: het coderen van de gegevens, het synthetiseren en opslaan ervan en het decoderen ervan. Binaire codes die informatie bevatten, worden met behulp van een algoritme vertaald in DNA-codes of codons. Vervolgens worden ze gedeponeerd in een container in een koele en gereguleerde omgeving. Het DNA dat informatie draagt, kan worden ingevroren in oplossing, opgeslagen als druppeltjes of opgeslagen op siliciumchips.

Wetenschappers werken eraan om het uitlezen van DNA-opslag sneller en goedkoper te maken. Vanaf nu moeten gegevens die in DNA zijn opgeslagen naar het laboratorium worden gebracht om te worden gedecodeerd in foutloze binaire informatie, en dat duurt lang.

Als zodanig kan het enige tijd duren voordat apparaten voor DNA-gegevensopslag gemakkelijk verkrijgbare, goedkope apparaten worden die het publiek zal gebruiken.

Er wordt meer onderzoek gedaan naar DNA-opslagtechnologie en het zal de bestaande opslagmethoden nog niet gemakkelijk omverwerpen. Maar over een paar jaar, naarmate er meer onderzoek en technologische doorbraken plaatsvinden, zullen gegevens in het DNA worden opgeslagen, waardoor de problemen op het gebied van ruimte, veiligheid en degradatie worden opgelost.

Wat is de opslagcapaciteit van DNA-gegevensopslag?

DNA-gegevensopslag is de voorkeursoplossing voor het probleem van het opslagtekort, omdat het grote hoeveelheden gegevens op zeer weinig ruimte kan opslaan. Eén gram DNA kan 215 petabytes aan gegevens bevatten. Een petabyte is 1024 terabyte. Dus één gram DNA kan ongeveer 220.160 terabyte bevatten.

Vergelijk dat eens met de huidige technologie: een harde schijf van één terabyte weegt ongeveer 400 gram. Dus om de equivalente hoeveelheid data op te slaan die één gram DNA bewaart, heb je meer dan 88 miljoen gram harde schijven nodig.

Met deze informatie zeggen onderzoekers dat alle gegevens in de wereld op dit moment in een schoenendoos passen met behulp van DNA-gegevensopslag.

Wat zijn de voordelen van DNA-gegevensopslag?

Het gebruik van DNA-opslag als opslagmedium biedt veel voordelen ten opzichte van digitale opslag. Het biedt een hoge gegevensopslagcapaciteit, een aanzienlijk langere levensduur dan andere vormen van opslag, compactheid, lage gevoeligheid voor technische en elektrische storingen en reproduceerbaarheid.

Opslagdichtheid

Het belangrijkste voordeel van DNA-opslag ten opzichte van andere opslagmedia is de opslagdichtheid. ook al ben je sla uw gegevens op afstand op in de cloud of NAS, ze worden nog steeds opgeslagen in grote servers en datacenters. Deze datacenters zijn zo groot als voetbalstadions en kosten miljarden dollars om te bouwen en te onderhouden. Het is niet hetzelfde met de opslag van DNA-gegevens.

Met DNA-gegevensopslag kunt u enorme hoeveelheden gegevens opslaan in een zeer compacte ruimte. Vandaar het verminderen van de problemen van ruimte, onderhoudskosten en tekort aan opslagapparatuur.

Duurzaamheid

De digitale opslagapparatuur die tegenwoordig beschikbaar is, is verre van duurzaam. Ze zijn allemaal vatbaar voor verval en degradatie. Digitaal verval is de geleidelijke ontbinding van gegevens die op een computer zijn opgeslagen, die jaarlijks miljoenen mensen treft.

Het DNA heeft een halfwaardetijd van 500 jaar. Wanneer opgeslagen in een optimale en gereguleerde omgeving, kunnen gegevens die zijn opgeslagen in DNA honderden jaren beschikbaar zijn.

Repliceerbaarheid

Vanwege de degradatie van gegevens, moeten gegevens in datacenters na verloop van tijd worden gekopieerd en naar andere hardware worden overgebracht om de opgeslagen informatie te behouden. Dit proces is vaak omslachtig.

Gegevens die in DNA zijn opgeslagen, kunnen gemakkelijk worden gerepliceerd. Een methode die wetenschappers hebben getest, is om het DNA met opgeslagen informatie in een bacterie te plaatsen. Deze bacterie reproduceert vervolgens—op zichzelf—andere generatie bacteriën die dezelfde informatie bezitten die in het eerste DNA is opgeslagen zonder fouten of verlies.

Is DNA-gegevensopslag de toekomst van opslag?

Eerlijk gezegd wel. DNA-gegevensopslag voldoet zeker aan alle oplossingsvakken voor de huidige opslagproblemen. Het wordt tegenwoordig al gebruikt door bedrijven die uitgebreide archieven met informatie willen bewaren die niet regelmatig hoeven te worden geraadpleegd.

Helaas zal het nog geruime tijd duren voordat DNA-opslag een alledaagse en betaalbare opslagoptie is die beschikbaar is voor het publiek. In de tussentijd moeten we zorgvuldig het beste opslagformaat uitkiezen voor langdurige gegevensopslag.

Harde schijven, SSD's, flashdrives: hoe lang gaan uw opslagmedia mee?

Lees volgende

Over de auteur