Új módszert fejlesztettek ki a DNS-en tárolt információk leolvasására

A modern társadalmakban a digitális adattárolás egyszerre jelentősebb gazdasági és környezeti gondot jelent, amely az MI, a mesterséges intelligencia fejlődésével, az egyre több adat felhasználásával súlyosbodik. Jelenleg többnyire a felhőben, energiaigényes, áramot, vizet és földet felhasználó hatalmas szerverfarmokban tárolják az adatokat, melyek a mérgező elektronikai hulladékon túl az üvegházhatású gázok kibocsátásának körülbelül két százalékáért, nagyjából a repülőiparral azonos mennyiségért felelősek.

A DNS a több millió éves evolúció során a természetben kialakult molekuláris információtároló egység, amely a digitális tároláshoz képest akár százmilliószoros sűrűséggel képes az információ elraktározására. A továbbiakban ez az adattárolás nem igényel energiabefektetést vagy karbantartást, nagyon hosszú ideig tartós marad, ahogy az ősi, több százezer éves DNS-ben is látható.

De mindeddig komoly nehézségekbe ütközött, hogy a szerverfarmok helyett DNS-ben tárolják az információkat. Az egyik gond, hogy a DNS-szintézis, vagyis a kívánt információt kódoló DNS-molekulák létrehozása több tízezerszer drágább, és sokkal tovább tart a digitális kódolásnál. Ráadásul ezek a biológiai folyamatok hibával járnak.

Ezen túl, ellentétben a digitális információval, a DNS-ben kódolt információ sorrend nélküli. „Információt lekérni a DNS-ből olyan, mintha egy könyvet olvasnánk, miután valaki véletlenszerű hibákat szúrt bele, majd átfuttatta egy papírzúzdán” – közölte Omer Tzabari phd hallgató, az izraeli kutatócsoport egyik tagja.

A Technion Taub számítástechnikai karának kutatói, köztük Omer Tzabri, Daniela Bar-Lev, Itay Or, Tobi Ecion és Eitan Jakovi ezt a gondot próbálta orvosolni, amikor innovatív módszert dolgozott ki DNS -en tárolt információ gyors és hatékony leolvasására.

A Nature Machine Intelligence című folyóiratban publikált tanulmányukban egy mesterséges intelligencia-alapú módszert mutattak be, amely a jelenleg legpontosabb módszerhez képest háromezerkétszázszorosára gyorsítja a DNS adatbázisokból származó információk kiolvasásának sebességét, és a hibák kijavítását is negyven százalékkal javítja.

Az MI segítségével elkészített technológiát DNAformernek hívják, s a DNS-ben kódolt információk dekódolása mellett a DNS-re jellemző hibajavító algoritmust is tartalmaz.

„Az iparág az egyre olcsóbb szintézisfolyamatok felé halad, amelyek egyben »zajosabbak«, vagyis több hibát tartalmaznak" – hangsúlyozta Jakobi. „Eljárásunk a nagy, akár hét százalékos, vagy rosszabb hibaarányt is képes kezelni" – mondta.

A kutatók kifejlesztettek egy olyan mechanizmust, amely azonosítja a "különösen zajos" DNS-szekvenciákat és megfejti őket. „Ha átlagosan hét százalékos is a hibaarány, hirtelen jön egy ötven százalékban hibás szakasz, vagy olyan szakasz, amely teljesen eltűnik. Kifejlesztettünk egy olyan mechanizmust, amely képes azonosítani ezen helyeket, és ott egy erősebb algoritmikus eszközt is futtatunk, mely hosszabb ideig tart."

A szakemberek szerint a jövőben sem fogják a világ összes információját DNS-en tárolni, hanem inkább az archív adatokat, amelyeket ritkán használnak. „Nem gond, hogy ezek az információk DNS-kémcsövekben vannak, és néhány napba is beletelik, mire elolvassák – ahogyan ma is több munkanapot vesz igénybe a néhány évvel ezelőtti csekkek kikérése a banktól. Mert ha az információ a DNS-en van, az jelentősen csökkenti a költségeket" – közölte Tzabari.

„Az információ tárolása a DNS-ben egy fantasztikus megoldás az adattárolás problémájára. Úgy tűnik, hogy az új módszerrel legalább a számítástechnikai kihívást megoldottuk. A jelenleg megmaradt fő probléma a szintézis, az adatok rögzítésének a költsége" – tette hozzá Jakovi.