Біоінженери створили касету на основі ДНК. На неї можна записати три мільярди пісень

Біоінженери створили касету для зберігання та прочитання даних на основі ДНК. На 100-метрову стрічку такої касети можна записати майже 36 тисяч терабайтів, чого достатньо для зберігання трьох мільярдів пісень. Вона допоможе подолати кризу в збереженні інформації, для якої потрібно все більше й більше простору та операційних можливостей комп’ютерів. Дослідження опублікували в журналі Science Advances.

Касета для запису інформації на ДНК. Li et al. / Science Advances, 2025

Навіщо записувати інформацію на ДНК?

Сучасне суспільство створює стільки цифрової інформації, що постає перед труднощами в її зберіганні й обробці. Науковці передбачають, що найближчими роками класичні напівпровідникові пристрої досягнуть межі закону Мура, згідно з яким їх потужність подвоюється кожні два роки. Тому на заміну їм розробляють інші способи запису даних, зокрема на ДНК, яка є надійним і перевіреним мільйонами років еволюції носієм інформації.

Проте основними проблемами з таким записом є те, що поза живими організмами немає механізмів виправлення пошкоджень ДНК, таких як ферменти в клітинах. Крім того, технології прочитання інформації з ДНК досі повільні та дороговартісні, що унеможливлює використання пристроїв на її основі у побуті, як це роблять із персональними комп’ютерами. Китайські науковці на чолі з фахівцями Південного університету науки та технологій Шеньчженя розробили прототип касети для запису даних на ДНК і швидкого їх прочитання.

Чим касета відрізняється від попередніх способів запису інформації на ДНК?

Для запису інформації на касети науковці використали стрічку з полімерів поліестеру та нейлону, на яку нанесли білі та чорні смуги. Білі були виготовлені з гідрофільного матеріалу, який зв’язувався з ДНК, а чорні — з гідрофобного, який запобігав перемішуванню ДНК з сусідніх білих смуг. Для пришвидшення пошуку інформації на такій стрічці її розбили на 5,5 × 10⁵ секцій, подібно до папок у комп’ютері. Під час прочитання інформації з касети за секунду можна «відкрити» понад 1500 таких секцій.

Щоб захистити ДНК від пошкоджень, стрічку вкрили шаром метал-органічних сполук, які й раніше використовували для захисту біомолекул від окиснення та пошкоджень. При цьому таке покриття не погіршило здатність зчитувати дані з ДНК, а завдяки йому вони можуть зберігатися протягом сотень років, якщо касети помістити в захисний чохол із неіржавкого матеріалу.

Фото та схема пристрою для зчитування інформації з ДНК-касети. Li et al. / Science Advances, 2025

Науковці також розробили пристрій для зчитування та перезапису інформації на ДНК, у якому необхідні фрагменти стрічки проходили крізь зчитувач послідовності та камеру з рідиною для хімічних реакцій з ДНК, де відбувалося редагування файлів. Для перевірки роботи касети науковці записали на неї чотири фрагменти зображення у випадковому порядку та п’ятий не пов’язаний зі зображенням фрагмент. Це дозволило визначити, чи може така система читати лише потрібні їй файли. Для зчитування трьох фрагментів зображення та заміни непов’язаного файлу на файл четвертого фрагмента системі знадобилося 150 хвилин, однак науковці планують скоротити цей час втричі, запускаючи деякі процеси одночасно.

Як касета з ДНК змінить процес запису інформації?

Порівняно з іншими новітніми способами запису інформації, такими як запис на чіпах з рідкими частинками, запис на ДНК потребує втричі менше місця. Використання невеликих камер для реакцій із ДНК просто всередині пристроїв для її зчитування також допомагає зменшити розміри пристроїв, у яких відбувається запис, зчитування, редагування та зберігання інформації. При цьому ДНК може бути використана для запису різних типів файлів, що збільшує можливості її застосування в різних сферах, зокрема для домашнього користування.

Як розвивається сфера запису даних на ДНК

🦠 Науковцям вдалося записати інформацію навіть у ДНК живого організму — у геномі кишкової палички вони закодували фразу «Hello world!».

🧬 Традиційні штрихкоди дослідники також запропонували замінити маркуванням на основі ДНК, яке займає менше місця та яке майже неможливо підробити.

♟ Науковці створили навіть самостійний «комп’ютер» із ДНК, який може зчитувати, редагувати та видаляти файли. Його навчили грати в примітивні шахи та судоку.

🤖 А пришвидшити зчитування даних із ДНК-носіїв може штучний інтелект, який за 10 хвилин розшифрував той обсяг даних, на який традиційним методам потрібно декілька днів.