Door de hele menselijke geschiedenis heen hebben mensen allerlei soorten gegevensopslagsystemen bedacht - van spijkerschrift en gebeitelde inscripties tot harde schijven en compact discs. Maar ze hebben allemaal één ding gemeen: op een gegeven moment gaan ze achteruit.
Daarom zijn onderzoekers op zoek gegaan naar duurzamere gegevensopslag, zoals diamanten en zelfs DNA. Volgens Gina Kolata van de New York Times hebben wetenschappers nu voor het eerst een korte film gecodeerd in het DNA van levende cellen met behulp van de CRISPR – Cas-bewerkingstechniek - een stap die zou kunnen leiden tot cellulaire registratie van gezondheidsgegevens. Ze publiceerden hun resultaten deze week in het tijdschrift Nature.
Het concept achter DNA-gegevensopslag is relatief eenvoudig. Terwijl digitale bestanden in wezen worden opgeslagen door een reeks van de getallen 0 en 1 op te nemen, kan DNA dezelfde gegevens opslaan door de informatie in zijn vier nucleobasen te coderen, A, G, C en T.
Zoals Robert Service at Science meldt, doen wetenschappers precies dat sinds 2012, toen genetici voor het eerst codeerden voor een boek van 52.000 woorden in DNA. Hoewel aanvankelijk inefficiënt, is de technologie in de loop van de tijd verbeterd. In maart meldde een team van onderzoekers dat ze zes bestanden hadden gecodeerd, waaronder een computerbesturingssysteem en een film in synthetische stukjes DNA.
Voor deze nieuwste studie kozen de onderzoekers een film van een galopperend paard, opgenomen door de Britse fotograaf Eadweard Muybridge in 1878, een van de eerste films ooit opgenomen, vastgelegd in een poging om erachter te komen of rennende paarden ooit alle vier voet van de grond.
Onderzoekers gebruikten het CRISPR-Cas-systeem om het DNA op de bacteriën over te dragen. Dit systeem maakt gebruik van de kracht van de bacteriële immuunafweer om het DNA van de bacterie te veranderen, legt Ian Sample voor The Guardian uit . Wanneer virussen binnenvallen, sturen bacteriën enzymen om de genetische code van het virus uit elkaar te halen. En het neemt fragmenten van het virus-DNA op in zijn eigen structuur om de indringer te onthouden in geval van toekomstige aanvallen. Wetenschappers kunnen dit systeem manipuleren en controleren welke stukjes DNA een lift naar het bacteriële genoom liften.
De onderzoekers creëerden een synthetische DNA-streng met een blok van vijf frames van deze video, evenals een afbeelding van een hand - de letters van de nucelobasen die de schaduw en positie van de pixels van elke afbeelding vertegenwoordigen. "De wetenschappers voedden vervolgens de DNA-strengen aan de E. coli-bacterie", schrijft Sample. "De insecten behandelden de reepjes DNA als binnendringende virussen en voegden ze plichtsgetrouw toe aan hun eigen genomen."
"We leverden het materiaal dat de paardenbeelden één beeld tegelijk codeerde, " vertelt Harvard neurowetenschapper Seth Shipman, eerste auteur van de studie. “Toen we vervolgens de bacteriën in kaart brachten, keken we naar de frames in het genoom. Dat vertelde ons in welke volgorde de frames dan zouden moeten verschijnen. ”
Zoals Sample meldt, lieten onderzoekers de bacteriën zich een week vermenigvuldigen, waardoor het DNA vele generaties lang werd doorgegeven. Toen ze het genoom van de bacteriën bepaalden, konden ze de gecodeerde beelden met 90 procent nauwkeurigheid reconstrueren.
Hoewel het cool zou zijn om de Lord of the Rings- trilogie op een dag in je DNA te hebben gecodeerd, vertelt Shipman tegen Kolata dat dit niet echt de bedoeling is van dit specifieke onderzoek. In plaats daarvan hoopt hij dat de techniek kan leiden tot moleculaire recorders die in de loop van de tijd gegevens uit cellen kunnen verzamelen.
"We willen cellen in historici veranderen", zegt Shipman in een persbericht. "We stellen ons een biologisch geheugensysteem voor dat veel kleiner en veelzijdiger is dan de technologieën van vandaag, dat veel gebeurtenissen niet-intrusief in de loop van de tijd zal volgen."
Uiteindelijk hoopt Shipman de techniek te gebruiken om de ontwikkeling van de hersenen te bestuderen. In plaats van proberen hersencellen te observeren door middel van beeldvormingstechnieken of via chirurgie, zouden deze moleculaire recorders in de loop van de tijd gegevens verzamelen uit elke cel in de hersenen, die vervolgens door onderzoekers zouden kunnen worden gedecodeerd.
Maar die dag is nog steeds een manier en het huidige onderzoek is slechts een proof of concept. "Wat dit ons laat zien, is dat we de informatie erin kunnen krijgen, we de informatie eruit kunnen krijgen en dat we kunnen begrijpen hoe de timing ook werkt", vertelt Shipman aan Sample.
Hoewel Shipman gericht is op gezondheid, neemt de techwereld ook kennis van deze DNA-onderzoeken. Antonio Regalado van MIT Technology Review meldt dat Microsoft in mei heeft aangekondigd dat het een DNA-opslagapparaat ontwikkelt en hoopt tegen het einde van het decennium een versie ervan operationeel te hebben. De voordelen van DNA-opslag zijn vrij duidelijk, meldt Regalado. DNA gaat niet alleen duizend keer langer mee dan een siliciumapparaat, het kan ook een miljoen bytes aan gegevens in één kubieke millimeter bevatten. Elke film die ooit is gemaakt, kan worden opgeslagen op een apparaat dat kleiner is dan een sugarcube. De verhuizing zou uiteindelijk een einde kunnen maken aan de dagen van enorme, energiezuigende datacenters die nodig zijn om alles bij te houden, van geweldige literatuur tot vakantiefoto's.
