В США представили прообраз «жёсткого диска» на ДНК с упрощёнными процедурами записи и чтения

Исследователи из Университета Миссури сообщили о прорыве в области хранения данных на основе ДНК, разработав метод, который позволяет многократно стирать и перезаписывать информацию. Ранее ДНК благодаря её исключительной плотности хранения и долговечности рассматривалась только для однократной записи архивных данных. Новый метод упрощает операции записи и чтения, поскольку не использует в процессе работы с информацией синтез нуклеотидов и ферменты — только одно электричество.

Одновременная реализация чтения, стирания и записи ДНК без сложной химии обещает приблизить практическое применение технологии, которая до этого была сильно ограничена условиями подготовки к записи и к последующему чтению. Теперь учёные фактически превратили ДНК в перезаписываемый «жёсткий диск» молекулярного уровня, обещая новый уровень в индустрии хранения данных.

Новый метод основан на сдвиговом кодировании, которое позволяет эффективно записывать, считывать и изменять данные без синтеза ДНК и ферментов. В частности, для чтения применяется датчик с порами нанометрового масштаба: молекула ДНК проходит через нанопору, вызывая характерные электрические сигналы, которые преобразуются в двоичный код (0 и 1). Стирание и перезапись происходят за счёт разрыва водородных связей участков ДНК с двойной спиралью. Эти же участки — переход от одиночной цепочки ДНК к двойной спирали — служат сигналом битового перехода.

Запись информации происходит подобным же образом — на подготовленных участках одиночной цепочки ДНК электрически восстанавливаются водородные связи, служащие сцеплением для второй цепочки ДНК. Чередование одиночных цепочек и двойных спиралей кодирует в себе информацию без традиционных для секвенирования ДНК ферментов и синтеза нуклеотидов с последующим присоединением. Такая технология кратно упрощает кодирование и считывание данных, записанных на ДНК.

Преимущества технологии огромны: ДНК обеспечивает сверхвысокую плотность хранения и стабильность без энергозатрат на поддержание данных, в отличие от современных SSD и HDD. Исследователи обратили внимание на междисциплинарный характер проведенных работ, которые объединили физику, биологию, информатику и материаловедение. Долгосрочная цель — создать компактное устройство размером с обычную USB-флешку, способное хранить огромные объёмы данных надёжно и энергоэффективно. Кстати, в производстве нанопор также возник прорыв, но это уже другая история.