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Gli scienziati hanno sviluppato una nuova tecnologia per utilizzare il codice genetico del DNA per archiviare dati, stimolando la ricerca di soluzioni potenti per salvare volumi sempre crescenti di informazioni digitali in modo più economico e sostenibile.
Il DNA è visto come una potenziale salvezza per le economie dipendenti dai dati perché è stabile e solo un grammo di esso può teoricamente memorizzare l’equivalente di circa 10 milioni di ore di video ad alta definizione.
Ora ricercatori provenienti da istituzioni statunitensi, cinesi e tedesche hanno utilizzato una semplice reazione chimica per imitare il sistema binario dei computer tradizionali, consentendo di imprimere le informazioni sul DNA con buona precisione e molto più velocemente rispetto ai metodi tradizionali.
La nuova promettente tecnologia, riportata in a Carta naturale di mercoledì, dovrebbe consentire “applicazioni nel mondo reale” dell’immagazzinamento del DNA che sottopongono a meno sforzo l’elettricità e altre risorse, ha affermato Long Qian, un coautore del lavoro.
“Le attuali tecnologie di archiviazione dei dati semplicemente [cannot] permetterci di archiviare e preservare le enormi quantità di dati che raccogliamo e produciamo ogni giorno”, ha affermato Qian, ricercatore presso il Centro di biologia quantitativa dell’Università cinese di Pechino. “Se i dati verranno conservati per più di 50 anni. . . preservare i dati nel DNA sarà più economico rispetto all’utilizzo e alla manutenzione dei dischi rigidi”.
I precedenti tentativi di salvare informazioni sul codice genetico sintetico sono stati dispendiosi in termini di tempo, costosi e vulnerabili agli errori.
In questo progetto, gli scienziati hanno sfruttato un processo chimico naturale noto come metilazione per modificare gli elementi costitutivi biologici del DNA noti come basi. Poiché ciò significava che le basi erano metilate o non metilate, ciò dava loro due possibili stati per la codifica delle informazioni, come i valori binari di 0 e 1 utilizzati dai computer.
Un potenziale vantaggio della metilazione è la sua semplicità rispetto ai metodi convenzionali di archiviazione dei dati del DNA, che comportano la creazione di quantità sempre crescenti di nuovo codice genetico. I ricercatori hanno utilizzato la loro tecnica per archiviare immagini come un'immagine a colori di un panda e uno sfregamento – una riproduzione della trama di una superficie – di una tigre realizzata durante la dinastia Han cinese.
Se le tecniche esistenti di archiviazione dei dati del DNA fossero come fare nodi in una corda per registrare le informazioni, il nuovo approccio sarebbe l’equivalente della stampa a caratteri mobili, ha detto Qian. I ricercatori hanno stimato che la loro strategia di codifica potrebbe potenzialmente rivelarsi 10.000 volte più veloce rispetto ai metodi esistenti a una piccola frazione del costo, ha aggiunto.
“Il processo è più simile a 'una macchina da stampa' e meno a 'lasciare una scia di briciole di pane'. La speranza è di rendere le cose piccole, veloci, durevoli, non dannose per l'ambiente e poco costose”, ha affermato Nick Goldman, uno scienziato senior presso l'Istituto europeo di bioinformatica, aggiungendo che sarebbero necessarie ulteriori valutazioni sulla velocità del sistema e sui costi.
Alimentata dal crescente utilizzo dell’intelligenza artificiale, la quantità di dati generati ogni anno ammonta ora a zettabyte, o trilioni di gigabyte. Ciò sta aumentando la pressione sulla capacità di archiviazione digitale, oltre ad alimentare un’enorme domanda di elettricità dai data center di tutto il mondo.
Alcune aziende come Amazon, Google e Microsoft stanno perseguendo accordi di fornitura di energia nucleare per soddisfare le loro esigenze di dati cloud.
Secondo un commento pubblicato anche su Nature, la nuova tecnica di archiviazione dei dati del DNA aveva il “potenziale per aggirare i limiti di tempo e di costo degli approcci convenzionali”.
Ma il metodo presenta ancora interrogativi, hanno affermato gli autori del commento Carina Imburgia e Jeff Nivala dell’Università di Washington. Questi includevano la stabilità a lungo termine delle basi alterate chimicamente e i complessi processi necessari per copiarle e, in alcune circostanze, leggerle.
“Il costo complessivo del nuovo sistema supera quello dell'archiviazione convenzionale dei dati del DNA e dei sistemi di archiviazione digitale, limitando le applicazioni pratiche immediate”, affermano i loro commenti. “Affrontare le questioni in sospeso aiuterà a fare [the] sistema più scalabile e pratico per un’ampia gamma di usi”.