Moleculaire en dna-technieken moeten opslagcapaciteit verveelvoudigen

Twee groepen onderzoekers hebben technieken ontwikkeld die de dichtheid van data-opslag zouden verveelvoudigen. De ene groep wil data in moleculair geheugen opslaan, terwijl de andere groep onderzoekers dna wil inzetten voor de opslag van data.

Door geen magnetische domeintjes, die uit relatief veel moleculen bestaan, te gebruiken, maar individuele moleculen als opslageenheden te gebruiken, willen onderzoekers de datadichtheid in opslagmedia vergroten. Onderzoekers van onder meer twee onderzoeksinstituten van het MIT hebben moleculair geheugen ontwikkeld dat rond het vriespunt van water werkt. Voorheen moest de temperatuur van moleculair geheugen op vlak bij het absolute nulpunt, ruim 273 graden onder nul, worden gehouden.

Het MIT-moleculaire geheugen werkt bovendien eenvoudiger dan eerdere experimentele methodes, waarbij een elektrode boven en een elektrode onder het geheugen nodig waren. Bij het nieuwe geheugen is alleen een enkele elektrode onder de bits nodig. Met die elektrodes wordt de spin van de moleculaire bits, die uit grafeen bestaan, uitgelezen. Veranderingen in de spin representeren een 1 of een 0.

Medewerkers van het EMBL-European Bioinformatics Institute ontwikkelden een andere techniek voor langdurige opslag van data. Zij maken gebruik van dna-moleculen. Dat moet de opslag van data voor zeer lange tijd mogelijk maken. Dna is volgens de onderzoekers zeer stabiel en vergt bovendien geen elektriciteit voor de opslag. Het coderen van dna met zinvolle data en zonder fouten is lastig, maar de EMBL-EBI-medewerkers ontwikkelden een algoritme om dat succesvol te doen.

Met de huidige manieren is het alleen mogelijk korte strengen dna te produceren. Daarbij treden gemakkelijk fouten op als twee dezelfde letters na elkaar gebruikt worden. Dna gebruikt de 'letters' a, t, c en g om informatie op te slaan. Het algoritme van de onderzoekers maakt daarom gebruik van korte, elkaar overlappende stukjes dna, waarbij repeterende patronen vermeden worden. De kans op fouten zou zo veel kleiner worden.

In een test werden een mp3-, jpeg-, pdf- en tekstbestand in dna gecodeerd en met succes weer uitgelezen. Volgens de onderzoekers maakt hun methode data-opslag gedurende duizenden jaren mogelijk, zolang de coderingsmethode bekend is en de dna-sequenties uitgelezen kunnen worden.

Reacties (32)

Grappig onderzoek van mijn groep op Tweakers. Wie had dat ooit gedacht :-)

Als je meer wil lezen zijn de blogs van mijn PI hierover wel interessant:

http://genomeinformaticia...e-10000-year-archive.html or een directe blog post over dit artikel http://genomeinformaticia...igital-archive-media.html
of voor meer achtergrond het Nature artikel:
http://www.nature.com/nat...ent/full/nature11875.html


Het is interessant om te zien dat met de huidige gang van zaken waar sequencing speed sneller gaat dan Moore's law we een stuk creatiever gebruik kunnen gaan maken van dit soort bio oplossingen voor permanente storage. Je ziet nu al dat veel data die vroeger opgeslagen werd nu getrashed wordt omdat het goedkoper is om de sequencer nog een keer aan te slingeren ipv permanent images op te slaan.

[Reactie gewijzigd door swtimmer op 24 januari 2013 17:54]

Net zoiets als de wetdrive in Deus Ex niet? Daar deed het me gelijk aan denken.

Maar ik zie er wel vaker iets over, DNA als opslag, hier 700TB in een gram. Misschien dat het nog in mijn tijd gebeurt.

dat rond het vriespunt van water werkt

zoals samadb al zei: cool!

Nog steeds erg koud om in een PC te kunnen gebruiken... maar het scheelt al 273 graden!

Binnen welke termijn mogen we verwachten ddat deze data opslag gebruikt kan worden? Wordt dit dan weer roterende opslag net als de HDD? Of...?

Verder ben ik niet heel bekend met dit soort materie, maar we kunnen straks internet op een dubbeltje opslaan?


edit: n.a.v. GTX2GvO hieronder:
Opslag voor lange termijn? Makes sense. Dan zou het zelfs in de permafrost 'bewaard' kunnen worden! Doen ze / willen ze ook al met belangrijke voedingsproducten heb ik eens gehoord...

[Reactie gewijzigd door Waterbeesje op 24 januari 2013 15:11]

Dat lange termijn opslag is ook precies de bedoeling. De BBC heeft hier toevallig vandaag ook over bericht.

"If you keep it cold, dry and dark - DNA lasts for a very long time. We know that because we routinely sequence woolly mammoth DNA that is kept by chance in those sorts of conditions." Mammoth remains are many thousands of years old.

Interessanter is vooral de manier waarop data wordt opgeslagen in de DNA strengen.

But it is not one long molecule. Rather, it is multiple copies of overlapping fragments, with each fragment also carrying some indexing details that identify where in the overall sequence it should sit.

This builds redundancy into the system, meaning that if some fragments become corrupted, the data will not be lost.

http://www.bbc.co.uk/news/science-environment-21145163

Een grafeen molecuul zijn toch gewoon koolstof atomen die in een bepaald patroon staan? Wat is dan de kleinst mogelijke moleculaire bit bestaande uit koolstof atomen? Dacht zelf aan 2 atomen maar dat zou heel bizar zijn.

Zou dat niet gewoon <1 atoom kunnen zijn doordat een atoom natuurlijk ook weer meerdere toestanden kan hebben, qua spin etc.

Het zijn de detectoren en affectoren die bepalen hoeveel atomen er gebruikt worden voor een bit.

In principe zou je 1 neutron kunnen gebruiken als bit (of zelfs als byte ;-)) maar dan moet je wel in staat zijn om wisselende eigenschappen van een neutron snel en betrouwbaar te kunnen detecteren en aan te passen.

Just a thought;
Wanneer dit uitgewerkt is en een "dna-sequencer" beschikbaar wordt voor het publiek, is het dan niet gevaarlijk dichtbij de mogelijkheid om een daadwerkelijk biologisch virus te sequencen/kopieren met wat simpele microscopen?

Sequencers zijn al commercieel beschikbaar, ze zijn voor jan-met-de-pet enkel niet te betalen. Voor kwaadwillenden met funding? Echter geen probleem.

Het probleem is echter wel dat je veel meer dan enkel sequencing nodig hebt om daadwerkelijk een virus te maken. Een virus klinkt vrij eenvoudig, maar hoewel we in staat zijn tot het aanpassen van virusen kunnen we ze naar mijn weten vooralsnog nog steeds niet produceren vanuit het niets.

Je zult dus een ander virus nodig hebben, om vervolgens genetisch dusdanig aan te passen naar je uiterst dodelijke variant. En dat natuurlijk allemaal zonder er zelf aan dood te gaan....

Er komt dus veel meer bij kijken dan enkel een stukje DNA. Zo kan ik bijv. ook jouw DNA sequencen, maar heb ik daarmee nog steeds jouw niet gemaakt.

Craig Venter is daar hard mee bezig. Hij heeft al een synthetische bacterie gemaakt.

Dat klinkt allemaal erg als die bio-packs die in Startrek gebruikt worden (http://en.memory-alpha.org/wiki/Bio-neural_gel_pack ). Ik kan het nog niet goed bevatten maar de mogelijkheden klinken weergaloos. Een beetje iets duurzaams qua opslag zou super handig zijn. Ik loop nog steeds te zoeken naar de perfecte manier om mijn negatieven op te slaan.

Negatieven gaan juist al erg lang mee, mits je ze goed bewaard. Professionele opslag gebeurd zo in ruimten van 12 °C met een luchtvochtigheid van 35%, waarmee en bewaartermijn van > 200 jaar theoretisch mogelijk is.

Nu is 12 °C en een luchtvochtigheid van 35% misschien thuis moeilijk te behalen. Maar Zelfs 18 °C met een luchtvochtigheid van 50% heeft een termijn van ca. 50 jaar, iets wat voor vele persoonlijke foto's en film toch al wel voldoende is.

Donker, koel en droog. Dat is uiteindelijk de key tot succes met negatieven.

Nu is het dus de bedoeling om veel belangrijke data dat langdurig opgeslagen moet worden (historische data etc.) op deze manier "veilig" te stellen.

En dan zullen we over een goede 50 jaar afvragen waarom we maar zo weinig konden opslaan met de DNA opslag techniek.

Duizend jaar later tijdens de 2de dark ages (terugval in technologie) vinden mensen in het ijs ergens deze DNA data en weet niemand meer wat ze er mee moeten

Ik verwees hierboven naar het stuk op de BBC website. Daar hadden ze het over backward compatibility.

In addition, the universality of the life molecule means there would probably never be a backwards-compatibility issue where the technology of the day was incapable of reading the vault's archives.

"We think there will always be DNA-reading technology so long as there is DNA-based life around on Earth, assuming it is technologically sophisticated of course," Dr Birney told BBC News.

@GTX2GvO
Er wordt verondersteld dat 1 gram DNA 2 petabyte (ofwel een miljoen gigabyte) aan informatie zou kunnen bevatten. Ik weet dat het gevaarlijk is te zeggen. Maar dat is iets wat met de huidige technologie echt niet gaat lukken en ook niet in de komende paar jaren. Soms komen de beste oplossing gewoon uit de natuur. Wellicht heeft de natuur een bijna volmaakte techniek om data perfect te kunnen opslaan.

Boor sequentiële data die snel gekopieerd moet kunnen worden wel ja. Voor random acces?? Heb ik zo mijn twijfels bij

640 kB was ruim voldoende, zei een wijs man ooit...

is een mythe, heeft gates nooit gezegd.

Door geen magnetische domeintjes, die uit relatief veel moleculen bestaan, te gebruiken, maar individuele moleculen als opslageenheden te gebruiken, willen onderzoekers de datadichtheid in opslagmedia vergroten.

Precies, en dan moet je geen DNA gebruiken. Dat bestaat uit relatief grote moleculen (nucleobasen) en het is (daardoor) relatief traag.

...DNA...moet de opslag van data voor zeer lange tijd mogelijk maken.

Leuk idee om de opslag van 'gegevens' af te kijken van de natuur, maar waarom zou je daarvoor kiezen als het traag en foutgevoelig is?
Daarnaast komen de bewaarcondities voor gedresseerde nucleotiden nogal nauw.

Deze jongens doen het beter.

Ik zie mezelf al met een een potje DNA polymerase naast mn computer zitten te wachten totdat de PCR voltooid is en mijn MP3tje naar de netwerkschijf gekloond is.

Uiteraard wordt de data dan draadloos verstuurd via airborne nanomachientjes gemaakt van motoreiwitten.

[Reactie gewijzigd door DwarV op 24 januari 2013 15:13]

Cool , zal alvast beginnen met read/write te vervangen met sequence/synthesis en copy-paste met clone-transfect. In elk geval een technologie die een enorme vooruitgang op biologie know how , moest het toelaten DNA code te coderen in plaats van enkel maar te copieren of uit te lezen. Dit is de sluitstteen voor de creatie van designer babie, Sequence mamie en papie, kies wat je leuk vind en synthetiseer baby, coolio Word een mens een soort open source progie waar elke generatie wat aan kan tinkeren.

Om vervolgens je eigen DNA te sequencen en analyseren of er sprake is van een match. Who needs last.fm? We bepalen in de toekomst gewoon music matches based on DNA profiling.

Uiteraard bijzonder indrukwekkend dat ze hiertoe in staat zijn, en ik denk dat het een hele mooie oplossing kan zijn om kostbare literatuur, films, en andere elementen van onze geschiedenis in op te slaan. Slechts een schoenendoos qua formaat zou bij wijze van spreke al voldoende zijn om waarschijnlijk het gehele internet, alle muziek, films en boeken op weg te schrijven. Schoenendoos formaten welk je vervolgens in replica kunt distribueren en veilig stellen.

Voor meer dagelijks gebruik, zal dit toekomstmuziek blijven. Zeker voor de consumenten markt. Misschien in 50 jaar dat we er thuis iets mee zullen doen, maar ik twijfel ten sterkste of het ooit eerder dan dat zal zijn.


Wel ben ik benieuwd wat voor sequences we terug zullen vinden in dit soort DNA opslag. Het is natuurlijk leuk om die nucleotiden te gebruiken ter codering, maar het is en blijft ook een natuurlijke codering. Heeft natuurlijk totaal geen wetenschappelijke waarde, maar indien de 9e symphonie van beethoven bijv. wordt weggeschreven naar nucleotiden, met welk dier heeft het de hoogste sequence match?

Een soort vraag welk we vast nog wel eens beantwoord zullen zien in kerstedities van de wat luchtigere scientific journals, in de trend van bijv: Parachute use to prevent death and major trauma related to gravitational challenge: systematic review of randomised controlled trials.

Haha hier moest ik dus ook aan denken

Ja in de toekomst is een thermocycler een basis component van je computer en verkoopt Samsung high fidelity taq polymerase

Waarom 2 verschillende technieken en niet de slimme koppen bundelen?
Edit: Dacht dat bijde bij MIT zaten,sorry.

[Reactie gewijzigd door mathiasv91 op 24 januari 2013 15:11]

Dit is natuurlijk nog volop in ontwikkeling, de stap van 0 naar 100 graden wat een redelijke norm voor gebruik zou zijn is ook een heel stuk kleiner dan van -272 naar 0 dus Daar kan natuurlijk ook nog wat mee gebeuren. Denk niet dat je dit soort opslag snel zal zien maar het is nog steeds een grote stap vooruit.