«Живой» носитель информации емкостью в 90 ГБ
Ученые из Китайского университета в Гонконге серьезно взявшись за изучение принципиально новых способов использования бактерий, сумели в ходе экспериментов «записать» информацию прямо в клетках микроорганизмов. И результаты полученные в ходе исследований оказались настолько впечатляющими, что они позволяют надеяться на совершение очередного прорыва в технологиях сжатия данных.
Как неудивительно для проведения опытов китайские ученые использовали колонии бактерий E.coli, более известных как кишечная палочка. Следует сразу уточнить, что речь вовсе не идет об опасных «штампах» E.coli, способных становиться причиной тяжелых отравлений. Для экспериментов были взяты абсолютно безвредные виды бактерий, которые несмотря на свою «недобрую славу», достаточно широко применяются в микробиологии и биологической инженерии.
Для сохранения информации китайские исследователи воспользовались цепочками ДНК. А учитывая что в любой бактерии эти цепочки могут быть невероятно длинными, потенциал подобных «живых» жестких дисков если и не безграничен, то, по-крайне мере, намного превосходит возможности всех современных носителей. Во время проведения экспериментов ученые смогли «записать» примерно 8 килобайт информации всего лишь на 18 клетках бактерии E.coli. На первый взгляд может показаться, что это не так и много, но следует учесть микроскопические размеры клеток, ведь только в 1 грамме биологического материала может свободно разместиться около 10 млн. клеток.
Таким образом, колонии бактерий, даже при своей невиданной «компактности», с легкостью могут вместить в себя массивы информации измеряемые в гигабайтах и терабайтах. А если еще взять в расчет и предварительное сжатие информации, то перспектива добиться колоссальной емкости в 90 ГБ на 1 грамм «живого материала», уже перестает быть фантастикой.
Исследования китайских ученых служат еще одним наглядным примером того, насколько даже простейшие формы жизни могут превзойти самые сложные «механизмы» созданные человеком. Но какими бы невероятными возможностями не обладали «информационные» бактерии, при работе с ними приходится так или иначе учитывать некоторые особенности взаимодействия с живыми организмами, которые в отличие от «неживых» носителей, требует несколько иного отношения.
Как известно вся информация находящаяся на компьютерах или других цифровых носителях записана в двоичной системе, и состоит из единиц и нулей. Но в основу программирования бактерий положена четверичная система исчисления, так как ДНК состоит из 4-х блоков (нуклеотидов), а именно из денина, цитозина, гуанина и тимина. Такая кодировка, сама по себе, не создает серьезных проблем, но вот только при выстраивании блоков ДНК в нужные комбинации, приходится учитывать ту особенность, что частые повторы в последовательности «кода» крайне негативно сказываются на здоровье живой клетки.
Говоря иначе, если на обычный CD, можно записать любую последовательность нулей или единиц, то при работе с живыми клетками нельзя записать в ДНК, по аналогии с единицами и нулями, одни лишь денины, цитозины, гуанины или тимины. Для решения этой проблемы китайские ученые прибегли к использованию специфического алгоритма сжатия информации, который не только «уплотняет» данные, но и что более важно, помогает избежать «небезопасных» повторений при программировании ДНК клеток. Существует также проблема естественных мутаций, которые могут вызывать изменения в структуре ДНК, и как результат приводить к искажению или потери части информации «записанной» в бактериях. Но и эту трудность удалось разрешить; вся информация размещенная в клетках будет «дублироваться» и разбиваться на части, так что в случае потери она может быть легко восстановлена. А что касается надежности хранения данных на «живых носителях», то следует отметить, что она намного превосходит традиционные, ведь бактерии E.coli славятся своей способностью выживать в самых экстремальных условиях.
Бактерии в роли CD-DVD дисков, флешек и жестких дисков — это, конечно, интересно, но все же не следует торопиться отправлять более привычные носители в корзину. На сегодня процесс, и записи, и считывания информации, пока еще слишком дорогостоящий, так как требует применения уникального и довольно-таки громоздкого оборудования. Да и сама технология «живых емкостей» для информации еще нуждается в дальнейшей и более углубленной разработке. Но, в случае успеха работ в этом направлении микробиологии, уже в ближайшие 10 — 20 лет, обычные бактерии позволят полностью избавиться не только от тех 10 млрд. компакт-дисков, которые ежегодно производятся в мире, но и навсегда решить извечную проблему с нехваткой «цифровой» памяти.