DNA: opslagmedium van de toekomst?
25 januari 2013 door TNEuropese wetenschappers ontwikkelden een bijna foutloze manier om informatie op te slaan in DNA.
Europese wetenschappers ontwikkelden een bijna foutloze manier om informatie op te slaan in DNA. Een theekopje DNA kan zo minstens 100 miljoen uur aan hoge definitie-videobeelden opslaan. Toch is de techniek nog niet onmiddellijk inzetbaar.
Momenteel beschikt onze planeet over zowat drie zeta-byte aan digitale informatie, dat is duizendmaal triljoen bytes. Een berg die alleen maar zal aangroeien. Om al die info te bewaren rekent Nick Goldman op DNA, dat hij al jaren bestudeert. Goldman is hoofd van de Goldman Group aan het EMBL, European Molecular Biology Laboratory, een onderzoeksinstituut dat door 21 Europese landen wordt gesteund. Onnodig om zeggen dat zijn lab veel computerdata moet bijhouden. Maar de huidige soorten dragers, van harde schijf tot magneetband, zijn duur en vragen regelmatig onderhoud.
Dat kan beter, vonden Goldman en diens collega Ewan Birney. Op café in Hamburg bedachten ze dat synthetisch DNA een oplossing kan bieden. Enkele aantekeningen op servetten bracht ze bij dat hun idee misschien wel eens kon werken. DNA heeft immers heel wat voordelen op de traditionele opslagmedia, aldus Goldman. ‘We weten al dat DNA een robuuste manier is om informatie op te slaan: we halen DNA uit mammoetbeenderen en kunnen de informatie tienduizenden jaren later nog lezen. Het is ook ongelooflijk klein, dicht en het heeft geen energie nodig voor opslag, dus verzenden en bijhouden is makkelijk.’
Niet zonder fout
De bewaring lijkt dan wel in orde, data opslaan en aflezen is andere koek. Wanneer dezelfde DNA-letter herhaald wordt treden er al eens fouten op. Bovendien kunnen de huidige technieken alleen korte DNA-snaren bouwen, maximum 200 letters. Ondanks die beperking slaagden de onderzoekers er toch in een ingewikkelde, maar vrijwel foutloze techniek te ontwikkelen. Ze splitsen de code op in verschillende overlappende fragmenten, met een index-informatie om de code later terug te kunnen ‘plakken’ en een codeerschema dat geen herhalingen toelaat. Het resultaat is dat er pas een probleem opduikt wanneer de vier verschillende fragmenten dezelfde fout bevatten. Een zeldzaamheid.
Het Amerikaanse Agilent Technologies, dat DNA kan bouwen, werd gevraagd de theorie naar in de praktijk te vertalen. De onderzoekers leverden verschillende soorten computerdocumenten van in totaal 739 kilobyte, onder andere een pdf, een jpg-foto en zelfs een mp3 met een deel van Martin Luther Kings speech ‘I have a dream’. Het studie staat deze week in het vakblad Nature. Goldman: ‘We begonnen met de binaire code op je computer en we schreven een codeerschema dat elk blok van 8 bits omvormde in een ‘woord’ met de letters, A, C, G en T. Uiteraard kozen we die letters omdat het exact overeenkomt met de chemische moleculen in DNA.’
Die vier letters zijn afkortingen voor de vier nucleotiden of bouwstenen van DNA. Agilent bouwde daarmee het DNA laagje voor laagje op en stuurden het resultaat, ter grootte van een met moeite zichtbaar stofdeeltje, via FedEx terug naar Europa. Waar Goldman en collega’s het probleemloos konden decoderen.
Levend DNA
Rommelen met DNA, dat roept ethische vragen op. De EMBL-onderzoekers omzeilden dat heikel punt en gebruikten synthetisch DNA. Ze zien er het nut niet van in om genetisch materiaal van levende wezens te gebruiken, en daar is ook een praktische reden voor. Vreemd DNA kan door het gastlichaam immers worden veranderd of afgebroken. Andere wetenschappers hebben wel al geëxperimenteerd met 'levend DNA' van cellen en bacteriën. Zo zorgden onderzoekers aan de Pacific Northwest National Laboratory in Washington er voor dat er in 2003 micro-organismen bestonden met in hun DNA de melodie van Disney’s 'It's a Small World (After All)'. Wetenschap lijkt soms kinderspel.
Niet zonder tijdverlies
Het is niet het eerste experiment met data-opslag in DNA. Leonard Adleman van de University of Southern California was in 1994 de eerste om DNA als een computer te zien. Hij deed dat wel om een probleem op te lossen, namelijk de kortste weg vinden tussen enkele punten waarbij die punten maar éénmaal bezocht mochten worden. Ondertussen is ‘DNA-computing’ uitgebreid en wordt het dus ook bekeken als alternatief voor data-opslag. Het meest recente record staat op naam van onderzoekers aan het Harvard’s Wyss Institute. Zij duwden vorig jaar 700 terrabyte aan informatie in 1 gram DNA. Normaal zijn daar 233 harde schijven van 3TB voor nodig, goed voor 151 kilo.
Hoewel veelbelovend zijn er ook problemen. DNA schrijven en lezen duurt enkele dagen en u moet er telkens duizenden dollars voor neerleggen. Dan is een USB-stickje net dat handiger. Als DNA-opslag doorbreekt, zal het dus in de eerste plaats voor grote bedrijven zijn en pas later voor u en ik. Het goede nieuws: de onderzoekers hebben met hun bijna foutloos systeem weer een belangrijke stap gezet en verwacht wordt dat de kostprijs de komende jaren zal dalen, zoals het de voorbije tien jaar al stukken goedkoper is geworden.
Enig minpunt lijkt nog de traagheid, die door technologische vooruitgang moeten worden weggewerkt. En als dat goed loopt heb je iets interessant in handen, zegt Goldman: ‘We creëerden een zo goed als foutloze code in een moleculaire vorm waarvan we weten dat het onder de juiste omstandigheden 10.000 jaar of mogelijk langer bewaard kan blijven. Zo lang iemand weet wat de code is en je een machine hebt die DNA kan decoderen, kan je de informatie lezen.’
George Church en zijn team van Harvard’s Wyss Institute vertellen over het onderzoek.
Dit artikel verscheen eerder in Eos Weekblad op iPad
Elke vrijdag bieden we u een nieuwsgedreven weekblad, gelardeerd met beeld en geluid. De Eos-app kunt u gratis downloaden in de App-store van iTunes. Met die app haalt u de wekelijkse uitgaven gratis binnen.
