Onderzoekers gebruiken bacteriën voor encryptie en data-opslag

Een groep wetenschappers uit Hong Kong heeft een manier gevonden om bacteriën in te zetten voor de opslag van data. Met één gram van de kleine organismes zouden honderden terabytes aan gegevens opgeslagen kunnen worden.

De techniek om bacteriën in te zetten als dataopslagmedium vormt de inzending van de Chinese universiteit van Hong Kong voor de iGEM-wedstrijd. De inzending won geen prijzen, maar het massively parallel opslagsysteem zou volgens de Chinezen een standaard voor dataopslag in levende cellen kunnen vormen. De bacteriën, E. coli, kunnen niet alleen grote hoeveelheden gegevens opslaan, maar versleutelen deze ook middels een systeem dat de CUHK-medewerkers bio-encryptie noemen.

De onderzoekers gebruiken de reproductie van bacteriën om gegevens te versleutelen: variaties tussen twee dna-strengen leveren de versleuteling. De data zelf wordt weggeschreven in het dna van de bacteriën. Daarbij wordt data in kleine stukjes opgedeeld, en worden headers, messages en checksums aan de stukjes toegekend, zodat de volgorde van de gegevens bij uitlezen bekend is. Vervolgens worden de gegevens middels Huffman- en LZ77-algoritmes gecomprimeerd.

Volgens de onderzoekers levert één gram E. coli voldoende dna om bijna duizend terabyte aan data op te slaan en te versleutelen. De techniek zou gebruikt kunnen worden in een toekomstige generatie biocomputers. De onderzoekers hebben alle benodigde componenten voor het versleutelen, de opslag en het uitlezen van gegevens in bacteriën ontwikkeld. Hun proof-of-concept-experimenten toonden aan dat het principe werkt: een demonstratie zonder bacteriën is eveneens beschikbaar.

Reacties (95)

[wildhagen]

Als je antibiotica slikt, ben je dan je data ook kwijt?

Maargoed, data opslaan in levende cellen lijkt me toch wat minder handig. Leven gaat immers over het algemeen op een gegeven moment dood (al dan niet geholpen door de mens), lijkt me voor de integriteit van je data nou niet echt handig?

Gaat dit soort zaken ooit nog een praktische toepassing krijgen, en zo ja, welke toepassing is realistisch?

[baseendje]

Alhoewel het heel aantrekkelijk klinkt je gegevens op te kunnen slaan op DNA (een lengte van 0,3nm en een diameter van 2,4nm per 2bit) zal dit naar mijn idee nooit toegepast worden in computers. Allereerst zijn de kosten voor het “wegschrijven” en “uitlezen” van gegevens (~ $0.40 /bp $0.26 /bp) nog altijd onaceptabel hoog voor dergelijke toepassingen. NB: een basepaar (bp) is gelijk aan 2bit aangezien 4 verschillende mogelijkheden zijn per basepaar. In andere woorden op dit moment kost het $2.640.000 om 1 gigabyte één maal weg te scrhijven en één maal uit te lezen en dat met een nauwkeurigheid van 99,995%. Dit zal waarschijnlijk nog wel wat verder dalen, maar nooit tot een acceptabel niveau aangezien er voor iedere bp 4 chemissche reactiestappen uitgevoerd moeten worden.

Dan hebben we het nog niet eens gehad over de benodigde tijd om deze gigabyte weg te schrijven en uit te lezen. Last but not least, een dergelijk systeem is en blijft gevoelig voor mutaties en infecties. Een dode cel bevat weliswaar nog steeds DNA, maar een evenutele bacterie of schimmel infectie zal u data gewoon verteren. Conclusie: leuke proof of concept, maar dit zal altijd bij een gentechnologen hobby blijven.

P.S. iGem is een wedstrijd voor biotechnologie studenten, niet voor volleerd wetenschappers

[jacobvdm]

Dat de kosten van het allereerste prototype hoog zijn is nauwelijks een argument gezien de kosten van de eerste valve-transistors en tape-schijven. Daar komt bij dat dit puur qua materialen juist enorm goedkoop te doen moet zijn wanneer het op enige schaal wordt geproduceerd. Ook denk ik dat je zwaar onderschat hoe snel RNA-transcriptie werkt (zeker als je het dus parallel inzet, wat zo'n beetje het hele idee is). Mutaties worden dus opgevangen door error correction en checksums, en infecties lijkt me vrij vergezocht (brengt wel een hele nieuwe betekenis aan de term cleanroom!) zolang het om enkele grammen gaat.

Fijn dat je kanttekeningen plaatst, maar er is eigenlijk geen enkele reden waarom dit niet geschikt zou zijn voor echte toepassingen.

[Skohsl]

"De techniek zou gebruikt kunnen worden in een toekomstige generatie biocomputers."

Hoewel het nu nog toekomstmuziek is, zal het op den duur een mogelijkheid te worden om inderdaad dit toe te passen in de praktijk.

http://en.wikipedia.org/wiki/Biocomputers

[dasiro]

mensen zijn ook biocomputers.

De hier voorgestelde concepten zijn genetisch gemodificeerde organismen die gereduceerd zijn tot 1 functie, maar buiten ethiek is er niets dat de wetenschap tegenhoud om grotere organismen dusdanig aan te passen dat ze volledig functionerend zijn.

Uiteindelijk zal de mens de biologie dusdanig goed kennen dat men geen machines meer nodig heeft.

[Verwijderd]

"mensen zijn ook bio-computers"

Ik voel me nu een beetje gemarginaliseerd...

Ik denk eerder dat mensen een soort analoog combinatorisch netwerk bezitten dat we zenuwstelsel noemen.

[Reactie gewijzigd door Verwijderd op 23 juli 2024 04:14]

[Guru Evi]

Ik denk dat computers een soort digitaal combinatorisch netwerk bezitten dat we processor noemen.

In theorie kun je alles emuleren op een computer ook een leven. Het probleem is dat we nog niet krachtige computers bezitten of de programmeerkunst hebben om dit te doen.

Het verschil momenteel tussen computers/robots en mensen is de vrije wil en bepaalde concepten die we momenteel niet kunnen uitdrukken in wiskundige problemen omdat we de kennis er nog niet van hebben. Of het uberhaupt mogelijk is om dit ooit op te lossen zal de toekomst wel uitwijzen.

[Verwijderd]

"In theorie kun je alles emuleren op een computer ook een leven."

Zeg je dat je het hele universum en alles daarin kunt emuleren met daarin ook de computer waarop het ge-emuleerd (of liever gesimuleerd) wordt, waarop datzelfde programma weer draait, enzovoort?
Want anders is het model niet meer 100% representatief.

Verder kun je een leven niet los zien van zijn omgeving. Een levensvorm ontleent zijn eigenschappen aan de omgeving waarin het evolueerd is en staat er doorlopend mee in interactie. Waar leg je de grens?

Een leven is uniek. Als je een uniek iets simuleert verliest het dus die eigenschap van het 'uniek zijn'. Als je 'de eerste' nadoet, wordt het vanzelf 'de tweede'.

[Reactie gewijzigd door Verwijderd op 23 juli 2024 04:14]

[daantjer94]

Als wij het heel simpel bekijken bestaan we uit basenparen, fosfolopiden en nog een paar stofjes als cholesterol, die basen coderen in een codon voor aminozuren en die zijn in een bepaalde volgorde weer eiwitten. Eveneens zijn die basenparen en fosfolopiden ons DNA (Deoxyribonucleïnic Acid).

Het wel of niet leven, het waarom en het hoe kan nog verder gaan in de filosofie. Het feit dat de mens daarover na kan denken is bijzonder, het feit dat wij niet eens zeker weten dat we bestaan is nog bijzonderder. Een wetenschapper gaat in dit geval er van uit dat hij iets waar neemt en gaat er van uit dat dat klopt.

Het lijkt mij (als geïnteresseerde in pc's) niet leuk om een keer een dooie harddisk te openen en vervolgens te sterven aan E.coli. Wat wordt onze voeding voor die opslagmedia dan? dextrose en een straalkacheltje die op 40 graden blijft. Ik blijf sceptisch.

Edit: Het kan ook nog zijn dat er iets muteert binnen de bacteriën, wat resulteert in verloren data en bugs. Ik vind het typisch chinees, iets wat in hun eten zit gebruiken voor pc's.

[Reactie gewijzigd door daantjer94 op 23 juli 2024 04:14]

[Verwijderd]

"Het lijkt mij (als geïnteresseerde in pc's) niet leuk om een keer een dooie harddisk te openen en vervolgens te sterven aan E.coli."

Maak liever geen componenten open. In harddisks wordt ook broom en ander giftig spul gebruikt. Gewoon dicht laten en recyclen.

[Verwijderd]

Zeg je dat je het hele universum en alles daarin kunt emuleren met daarin ook de computer waarop het ge-emuleerd (of liever gesimuleerd) wordt, waarop datzelfde programma weer draait, enzovoort?

Dat is precies wat er aan de hand is ja. Alles in ons universum is gesimuleerd tot op het kleinste quantum. Waarom kun je niet kleiner dan plancklengte/tijd?
Bewijs maar eens dat het niet zo is. Er zijn meerdere aanwijzingen dat het wel zo is.

Wetenschappelijk gezien zeer haalbaar. Ethisch gezien voor n hoop mensen alleen zeer ongemakkelijk (wie ben ik, waar kom ik vandaan, etc. basisvragen van het bestaan).

Oh ja, leuke film over deze hypothese: The 13th Floor.

[Reactie gewijzigd door Verwijderd op 23 juli 2024 04:14]

[Verwijderd]

Zo ken ik er ook nog één:
Ik denk eigenlijk dat het universum wordt bestuurd door een yeti met skischoenen aan en een fluitketel op zijn hoofd, die zich op een planeet bevindt precies in het midden van het heelal. Bewijs maar eens dat het niet zo is.

[Verwijderd]

"Waarom kun je niet kleiner dan plancklengte/tijd?"

Er was een tijd dat men dacht dat een elektron het kleinste deeltje was. Ons wetenschappelijk paradigma van de fysica zal uiteindelijk toch nog weer vele malen opnieuw bijgesteld worden. Het is een kwestie van tijd, geld, denkwerk en voorstellingsvermogen.


"The 13th Floor"
Leuke film maar hoe wil je dat doen dan? Enig idee? Films zijn bijna altijd fictie.

[NMe]

Dood gaan is niet zo'n punt als ze het inderdaad in het DNA opslaan, dat kun je uit blijven lezen zo lang de cellen niet vernietigd worden.

[Ventieldopje]

Lijkt me dat ze voort blijven planten dus dan schrijf je de dode cel data gewoon weer naar een nieuwe

"Ahh fuck te weinig schijf ruimte ..."
"Laat je PC een dag staan, weer een paar TB er bij"

[Reactie gewijzigd door Ventieldopje op 23 juli 2024 04:14]

[postbus51]

Wel eerst ff met de vinger langs de WC rand , voor extra VOEDING ze moeten wel eten

[g4wx3]

het toetstenbord bevat veel meer voeding

[postbus51]

Escherichia coli is een Gram-negatieve staafvormige bacterie en is een van de meest voorkomende soorten bacteriën in de dikke darmen van homoiotherme dieren, zoals zoogdieren en is nodig voor het verteren van voedsel

Wat doe jij nou dan met dat toetsenbord

[drdelta]

Met dezelfde vingers die alles aanraken, ook je toetsenbord aanraken?

[Amanoo]

Toetsenborden staan bekend om over het algemeen veel viezer te zijn (net als geld, toruwens)

[Verwijderd]

Bacteriën vermenigvuldigen zich hé... + Het feit dat er bacteriën bestaan die toch enige tijd langer dan mensen kunnen leven. BTW je kan ofwel 300 terra hebben met een ganse kast of meer met 1 grammetje wat lijkt jouw dan het goedkoopste? Dan nog electronica gaat ook kapot na een tijd .

[johnkeates]

Keyword: Reproductie.

Het staat ook in het artikel, het is zelfs onderdeel van de encryptie! Waarschijnlijk is het zelfs de bedoeling dat het origineel dood gaat..

[Bartjezz]

Maargoed, data opslaan in levende cellen lijkt me toch wat minder handig. Leven gaat immers over het algemeen op een gegeven moment dood (al dan niet geholpen door de mens), lijkt me voor de integriteit van je data nou niet echt handig?

Ik denk dat dit ook geen probleem is, aangezien bacteriën zich opsplitsen, krijg de nieuwe bacterie dezelfde dna streng mee als de originele, zo blijft de data (dna) behouden.

[Liquid_Bisquit]

Kun je je inbeelden wat je zou doen met een kolonie van deze bacteriën in je lichaam (er vanuit gaande dat ze onschadelijk zijn!)?

Duizenden en duizenden terabytes aan informatie die je zo kan meenemen (smokkelen) zonder dat iemand - en jezelf- het merkt...

Knap knap...

[Trunksmd]

Jouw opmerking is niet zo belachelijk als dat je zelf vind (je zet er immers een smilee achter). Waarom?
Bacteriën kun je ook infecteren met virussen. Zo gaat het spreekwoordelijke (computer)virus infectie een letterlijke betekenis krijgen. Ik kan me voorstellen dat je zo je data ook corrupt kunt krijgen.

[esperanto]

newsflash: ook huidige hd's hebben een beperkte levensduur en gaan wel es kapot. waarvoor heb je anders garantie nodig?

[tomk94]

Is het niet gevaarlijk wanneer je de dna van een bacterie gaat aanpassen? Als er een onstapt of je bak lekt raakt zegmaar, heb je dan geen kans dat er een dodelijke bacterie tussen zit?

[johnkeates]

Daar hebben ze de laatste 30 jaar al zo veel oplossingen en maatregelen voor bedacht..

Natuurlijk zorg je er eerst voor dat de bacterien niet buiten de onwikkelomgeving kunnen overleven, en daarna zorg je er voor dat ze niet kunnen ontsnappen, en daarna zorg je er voor dat je een container-in-container priciepe handhaaft; je zorgt er voor dat als er een bacterie uit de 'kooi' komt, dat hij dan automatisch gewoon nogsteeds in een 'kooi' zit, maar dan gewoon een grotere die om de eerste 'kooi' heen zat. Dan zorg je ook voor een zeer bacterie-onvriendelijke omgeving, om te zorgen dat ze dat niet overleven. Daar naast zorg je voor onderdruk, dat het ontsnappen vrij moeilijk is, en bijvoorbeeld voor protocollen die het mogelijk maken het personeel te evacueren en isoleren, en daarna het skiftroom princiepe op de ontwikkelomgeving toe te passen.

Al met al zal het voor de bacterieen in de eerste zaak al moeilijk zijn om te leven, laat staan 'uitbreken'. Je moet niet vergeten dat het niets anders zijn dan kleine chemische machientjes zonder bewustzijn of 'wil'.

[fevenhuis]

Natuurlijk kun je van alles en nog wat in een lab bedenken met allerhande veiligheidsmaatregelen. Het is ook wel bekend dat bacteriën zich niet aan onze veiligheidsmaatregelen houden. Denk bijvoorbeeld aan bacteriën die resistent zijn tegen de antibiotica.

Het probleem met bacteriën is dat ze dus constant evolueren en ook is bekend dat bacteriën onder de extreemste omstandigheden kunnen overleven.

Dit is gewoon spelen met vuur en gasflessen, zeer veilig met alle veiligheidsmaatregelen en tegelijkertijd is de kans op een explosie ook zeer groot.

[Verwijderd]

Zoals ik het lees, zijn er DNA-delen nodig voor encryptie. Deze delen worden waarschijnlijk gebaseerd op het miniscule deel dat variatie bevat (en dus het levende wezen creëert). Het restdeel van ruim 99% is vrij bruikbaar voor dataopslag.

Dit zou dan veilig moeten zijn, aangezien wezenlijke mutaties niet voorkomen.

[Reactie gewijzigd door Verwijderd op 23 juli 2024 04:14]

[Verwijderd]

Dus misschien in de toekomst inplaats van een HDD een bak met bacteriën

Kunnen er meerdere soorten bacteriën gebruikt worden met deze techniek ?

[willemdemoor]

Ja, je kunt ook andere bacteriën gebruiken: er zijn ook experimenten met Bacillus subtilis en Deinococcus radiodurans gedaan. Maar E. coli is een lekker makkelijk beestje: veelgebruikt in onderzoek, dna seqeunced en allerlei bouwstenen voor verkrijgbaar
Overigens, je data is redundant dankzij celdeling: E coli fokt als, nou ja, E. coli

[Verwijderd]

Daar spot ik een probleem als je begint met 1 gram E.coli en die deelt zich iedere 20 uur bij een temperatuur van 10 graden dan zit je binnen een maan met 30*24/20=36x zo veel E. coli en dan bedoel ik niet 36 gram maar 1*2^36 gram E.coli bacteriën uiteraard gaan er een hoop dood maar al sterft iedere 40 uur de helft dan zit je nog met kilo's zo niet tonnen aan E.coli bacteriën. Dat zou dus een probleem kunnen vormen.

[Goderic]

Zolang je die bacteriën geen 70.000 ton voedsel geeft ga je nooit aan 2^36 gram bacteriën komen

[postbus51]

Eindelijk wordt er wat aan de byte/prijs verhouding gedacht

[Ventieldopje]

Dan krijgt "je hardeschijf opruimen" toch wel ff een iets andere bedoeling

[Verwijderd]

Hoe voeg je in vredesnaam "even" wat DNA toe aan een bacterie? Hoewel ik best geloof dat er een enorme hoeveelheid data in (ongebruikt) DNA opgeslagen kan worden lijkt het mij niet dat je een gen met een stroompje, licht of magnetisch wijzigt in een huis, tuin en keuken omgeving? Een soort van WORM geheugen kan ik me nog voorstellen.

Ik vraag me ook af welke invloed evolutie zal hebben op de opgeslagen data?

[traaymakers]

DNA toevoegen aan bacterien, vooral E. coli is zeer eenvoudig. Ik voer vrij veel transformaties uit in E. coli en A. tumefaciens (wordt gebruikt voor transformatie van planten). Je maakt plasmides met je DNA code en deze plasmides breng je in de bacterie met bijvoorbeeld een hittebehandeling in het geval van thermocompetente cellen of door middel van electroporatie in electrocompetente cellen.

Het isoleren van deze plasmides is ook weer vrij eenvoudig. Het sequencen zal echter nog niet zo eenvoudig gaan op het moment maar daar komt denk ik vrij snel verandering in. Kijk bijvoorbeeld maar naar deze grafiek. De kosten zijn zeer snel naar beneden gegaan de afgelopen decennia zeker met de nieuwe methoden die ontwikkeld zijn verzameld onder de noemer 'Next Generation Sequencing'(Zoek maar eens op $1000 genome). Echter kost het dan nog steeds heel veel geld zoals hierboven al beschreven staat. De kosten zullen verder moeten dalen en ook heb je voor de verwerking van sequencedata ten eerste krachtige computers nodig en ten tweede massa's aan HD's voor dataopslag (of nieuwe bacteriën )

[Reactie gewijzigd door traaymakers op 23 juli 2024 04:14]

[Verwijderd]

Het is natuurlijk wel ironisch dat schadelijke bacterie wordt gebruikt om data te versleutelen. Het woord "virus" komt al snel naar voren :-)

De volgende cyberaanval tegen Iraanse kernreactoren zal dan ook waarschijnlijk via de kraan verlopen.

[Repsaj_Nav]

E. Coli is een vrij "goedaardige" bacterie, die veel in de darmen van de mens voorkomt. Daar maakt hij vitamine K en vormt hij een soort "schild" tegen slechtere bacteriën. Natuurlijk wil je niet dat deze, of welke bacterie dan ook, in de buikholte terechtkomt.
Zie ook http://nl.wikipedia.org/wiki/E_coli

[henkpoll]

Hah, dan weet je niet of je computer last heeft van een op een organisme zittend virus of een softwarevirus.

OT

Ik vraag me af wat er dan gebeurt als de bacterie zich deelt want je hebt er vrij weinig aan als je data wordt gesplitst

[Verwijderd]

Als de cel deelt heb je een extra kopie van je data, die data wordt niet in twee gesplitst.

[sfranken]

Met E.coli is niks mis hoor, alleen als het buiten je darmen komt heb je een probleem

[labtech]

virus != bacterie

[Verwijderd]

MM ik dacht dat virus <> bacterie en niet gelijk aan bacterie (!=) was.

[LooneyTunes]

"!=" = niet gelijk aan.

Maar wel lastig als je bacterie geïnfecteerd raakt door een virus.
Zit er opeens "onleesbaar" DNA tussen je gegevens...

[postbus51]

Virus scanners op bactrieele basis

[Jermit]

Dit is wel heel erg raar, zo'n bacterie gaat toch dood? Klinkt een beetje als sci-fi, als je wel eens naar Star Trek Voyager kijkt, daar hebben ze ook Bio Neural Gel Packs voor bijna alle apparatuur aan boord, dit ondersteunt miljoenen connections tegelijkertijd.

[hing]

Als ik het artikel goed begrijp wordt de data in de DNA opgeslagen. DNA is gewoon een stof, en leeft niet. Theoretisch zou het dus niet uitmaken of de bacterien leven of dood zijn.

[RetepV]

Maar hoe lees je normaal de data uit dan? Geef je elke bacterie een naam en leer je ze om op afroep naar de i/o port te komen? En wat als ze dood gaan? Dan moet je ze ophalen. Maar hoe vind je ze als ze zich niet melden wanneer je ze roept?

[Dicratium]

Ja inderdaad, maar als je de laatste aflevering van seizoen 1 kijkt zie je ook dat het hele schip bijna ten onder gaat omdat die Bio Neurual Gel Pack 'ziek' worden. Het lijkt me gewoon niet erg handig, er zijn te veel dingen die verkeerd kunnen gaan.

[mkools24]

1 gram bacterien, hoeveel is/zijn er dat wel niet?

[LooneyTunes]

Alles wat je (n)ooit hebt willen weten over de E-Coli
http://redpoll.pharmacy.ualberta.ca/CCDB/cgi-bin/STAT_NEW.cgi

Cell wet weight 1x10-15 kg or 1x10-12 g
Cell dry weight 3.0x10-16 kg or 3.0x10-13 g

[Reactie gewijzigd door LooneyTunes op 23 juli 2024 04:14]

[QWieke]

Met andere woorden, 1x10^12 natte E-Coli per gram.

[LooneyTunes]

En dat zijn er echt een heleboel!

[thechronic]

Nog simpeler, 1000 miljard.

[Zunflappie]

1 biljoen dus

[Knaak]

Toch vreemd dat ze dan geen prijzen hebben gewonnen, klinkt als n aardig revolutionaire ontdekking

[Verwijderd]

Misschien hing de beoordeling van de jury ook af van de praktische toepasbaarheid.

[noudm]

Bio computers... krijgt het virus ineens een heel andere betekenis, zijn je cellen ineens allemaal dood...

Wel super dat ze bacterien(uit oa je darmen), kunnen gebruiken om data in op te slaan die ook nog eens makkelijk te beveiligen is.

Zo kan je in de toekomst makkelijk data "smokkelen" naar of van het "buitenland".

[calvinturbo]

Dan heb je wel een goede virusscanner en Firewall nodig. Hackers mogen dan zeker geen toegang tot je gegevens hebben.

[johnkeates]

Een hacker heeft dan waarschijnlijk een mes, en een zaag voor botten.. De firewall is dan niet prettig, want daar krijg je brandwonden van.

[Verwijderd]

Wonderbaarlijk hoe snel wetenschap en techniek voortschrijden.
Spionage en data transfer gaat zo een heel nieuw hoofdstuk in met dit soort uitvindingen.

Doet mij trouwens ook denken aan het menselijk DNA. Naar het schijnt gebruikt ons lichaam maar 3% tot 5% van het DNA materiaal en de overige 95 / 97% is 'junk DNA'.

Al jaren gaan er geruchten dat er ook in ons DNA versleutelde informatie ligt opgeslagen?

NYTIMES, bijvoorbeeld:
https://www.nytimes.com/2007/06/26/science/26DNA.html

Ik neem aan dat deze bacteriën ROM zijn? En geen RAM / RWRRW?

[eonflux]

Ik ben echt een SF geek. Dit soort dingen zijn al vaker genoemd in tv series. Opslaan van gegevens in bio-gel etc.

Ik wist niets van die ander 97% maar er was zo een Startrek aflevering waar er een verborgen bericht zat in het DNA van de rassen van dat kwadrant. En dat je het alleen kon uitlezen door het DNA te combineren.

Okay okay scify geek uit