L’archiviazione dei dati del DNA potrebbe sembrare futuristica, ma è alle porte

Un singolo grammo di DNA è in grado di memorizzare 215 PB di dati.

Your DNA will be your data: questo è lo slogan apparso nel 2012 nella Metro di Londra e dopo circa dieci anni, il suo significato ci appare ben definito e quanto mai reale. Poiché la quantità di dati generati in tutto il mondo continua ad espandersi a un ritmo aggressivo, i ricercatori sono alla ricerca di tecnologie di archiviazione ultra dense e ultra resistenti in grado di ospitare tutto.

Ad esempio, Microsoft sta esaminando la possibilità di utilizzare i laser per incidere i dati nel vetro di quarzo o archiviare le informazioni in forma di ologramma all’interno di cristalli. Sono promettenti anche i nuovi sviluppi nel campo dell’archiviazione su nastro, l’attuale scelta leader per i casi d’uso di archiviazione.

Tuttavia, un nuovo supporto di memorizzazione in particolare sembra avere tutti gli attributi necessari: acido desossiribonucleico o DNA. I ricercatori hanno scoperto che un singolo grammo di DNA è in grado di memorizzare 215 PB (220.000 TB) di dati.

Per saperne di più sul lavoro per rendere l’archiviazione del DNA una realtà commerciale, lo staff di TechRadar Pro ha parlato con la DNA Data Storage Alliance, fondata lo scorso anno da Microsoft, Western Digital, Twist Bioscience e Ilumina.

L’Alleanza è stata lanciata con l’obiettivo di aumentare la consapevolezza sulla tecnologia di storage emergente e stabilire una serie di standard e specifiche su cui l’industria può basarsi.

Che cos’è la conservazione del DNA e quali sfide dovrebbe affrontare?

La memorizzazione dei dati del DNA è il processo di codifica e decodifica di dati binari su e da filamenti di DNA sintetizzati (acido desossiribonucleico). Il DNA ha diverse proprietà uniche, inclusa la densità, è essenzialmente gratuito da copiare, il codice sarà sempre leggibile e il costo di proprietà nel tempo sarà inferiore a causa della longevità. Inoltre, consente di risparmiare notevolmente sui costi energetici rispetto all’attuale archiviazione digitale.

Le soluzioni di archiviazione legacy si sono ampiamente scalate nel corso degli anni, ma la densità areale dei supporti magnetici (HDD e nastro), che consente le soluzioni di archiviazione di archiviazione tradizionali di oggi, sta rallentando e le dimensioni delle librerie stanno diventando ingombranti. In breve, la crescita dei dati sta superando la scalabilità delle odierne soluzioni di storage. L’industria ha bisogno di un nuovo supporto di memorizzazione che sia più denso, durevole, sostenibile e conveniente per far fronte alla prevista crescita futura dei dati di archivio.

Come è possibile tradurre le informazioni digitali in un formato biologico (e viceversa)?

Che tipo di complicazioni possono sorgere qui?

Per memorizzare i dati nel DNA, i dati digitali (binari) originali vengono codificati (mappati da 1 e 0 a sequenze di basi del DNA, ACGT), quindi scritti (sintetizzati utilizzando processi chimici/biologici) e archiviati. Quando i dati memorizzati sono nuovamente necessari, le molecole di DNA vengono lette (in sequenza per rivelare ogni singolo ACG o T in ordine) e decodificate (rimappate dalle basi del DNA a 1 e 0).

Ci sono alcune preoccupazioni sull’accuratezza dei dati potenzialmente introdotte dalla sintesi degli oligonucleotidi (brevi pezzi di DNA) e dagli errori di sequenziamento. Tuttavia, a differenza della sintesi dell’oligo per l’assistenza sanitaria, che deve essere perfetta, la conservazione del DNA può tollerare errori dovuti agli algoritmi di correzione degli errori tipicamente utilizzati oggi nella conservazione.

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I pionieri dell’archiviazione dei dati del DNA stanno già lavorando al miglioramento dell’algoritmo di codifica/correzione degli errori che ridurrà questo rischio e recupererà i dati in modo accurato. Inoltre, i costi, la velocità, la logistica e altre sfide rimangono come barriere per l’adozione di questa tecnologia da parte dei data center.

La DNA Data Storage Alliance è stata costituita da Illumina, Microsoft Research, Twist Bioscience e Western Digital. La nostra missione è creare e promuovere un ecosistema di archiviazione interoperabile basato sul DNA prodotto come supporto di archiviazione dei dati. Il nostro obiettivo iniziale è quello di educare il pubblico e aumentare la consapevolezza su questa tecnologia emergente.

Inoltre, man mano che i metodi e gli strumenti per l’archiviazione dei dati del DNA commercialmente fattibili saranno meglio compresi e più ampiamente disponibili, l’Alleanza prenderà in considerazione la creazione di specifiche e standard (ad es. codifica, interfacce fisiche, conservazione, file system) per promuovere l’emergere di soluzioni interoperabili basate sull’archiviazione di dati DNA che completano le gerarchie di archiviazione esistenti.

Quale potrebbe essere l’impatto dello storage del DNA sul settore dei data center?

Il DNA è un mezzo intrinsecamente rispettoso dell’ambiente in termini di potenza, spazio e sostenibilità oltre a ridurre significativamente la necessità di migrare i dati ogni pochi anni. Quando viene utilizzato come supporto di archiviazione di archiviazione principale in un data center, ha il potenziale per modificare le dimensioni del data center e il costo totale di proprietà e, in alternativa, imporre oneri significativamente inferiori rispetto alle tecnologie di archiviazione di archiviazione legacy sulle risorse della terra.

Quali sono le principali barriere che la conservazione del DNA dovrà superare?

I costi di sintesi e sequenziamento del DNA sono ancora relativamente elevati, se confrontati con i supporti di archiviazione di archiviazione attualmente utilizzati come HDD o nastro ed è necessaria una significativa riduzione dei costi per adottare l’archiviazione dei dati del DNA su larga scala. Inoltre, saranno fondamentali anche l’istruzione e la creazione di fiducia per preparare il mercato a questo nuovo supporto di memorizzazione, motivo per cui è stata costituita la DNA Data Storage Alliance.

Quali sono le ultime innovazioni di ricerca e sviluppo che avvicinano lo stoccaggio del DNA alla realtà?

I costi continuano a diminuire a causa della miniaturizzazione del processo di sintesi del DNA da parte di Twist Bioscience. Altre aziende stanno perseguendo metodi alternativi di sintesi del DNA, con entrambi gli approcci che consentono una sintesi parallela massiccia e riduzioni dei costi. Anche i costi e il rendimento di NGS sono in continuo miglioramento, il che rende il recupero dei dati del DNA più promettente. Inoltre, lo sviluppo di algoritmi di codifica e decodifica ha dimostrato dei successi.

Con quale timeline abbiamo a che fare?

L’archiviazione dei dati sul DNA sarà disponibile a medio termine. C’è più lavoro da fare e molto slancio per farlo diventare realtà. È probabile che i primi ad adottare l’archiviazione dei dati del DNA siano applicazioni in cui dispongono di dati Write Once, Read Never (WORN) o Write Once, Read Seldom if Ever (PEGGIO). Man mano che la tecnologia si evolve e ottiene l’accettazione all’interno della comunità, il mercato si espanderà ed evolverà.

Quali sono le tecnologie di storage esistenti che è più probabile che DNA rivali?

La domanda di archiviazione dei dati a lungo termine nel cloud sta raggiungendo livelli senza precedenti. Le tecnologie di archiviazione esistenti non forniscono una soluzione conveniente per l’archiviazione di dati di lunga durata. Operare su tale scala nel cloud richiede un ripensamento fondamentale del modo in cui realizziamo sistemi di storage su larga scala, nonché delle tecnologie di storage sottostanti che li sostengono.

Ci sono altre tecnologie di storage emergenti in fase di sviluppo che potrebbero essere altrettanto promettenti?

I ricercatori stanno esplorando una varietà di tecnologie per supportare questa evoluzione, inclusa la memorizzazione di dati in DNA sintetico, vetro di quarzo e altri sistemi ottici scalabili. L’archiviazione dei dati del DNA è unica nelle sue caratteristiche e proprietà: si può sostenere che consentirà un nuovo livello di archiviazione.

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