![\"dna-storage-51.jpg\"](\"https:\/\/m.blog.hu\/cr\/criticalbiomass\/post-image\/2017\/07\/dna-storage-51.jpg\")
<\/p>\n<\/p>\n
A\u00a0<\/span>felh\u0151<\/i>\u00a0<\/span>kor\u00e1ban, amikor szinte minden level\u00fcnk, k\u00e9p\u00fcnk, dokumentumunk t\u00e1voli, misztikus szervereken lakik, term\u00e9szetesnek t\u0171nne, hogy val\u00f3ban, bizony\u00edtottan ez a fajta adatt\u00e1rol\u00e1s legyen az \u00e1ltalunk ismert legmegb\u00edzhat\u00f3bb.\u00a0<\/p>\n A val\u00f3s\u00e1gban azonban nem ez, m\u00e9gpedig azon praktikus szempontb\u00f3l, hogy a felh\u0151-alap\u00fa adatt\u00e1rol\u00e1s egyszer\u0171en nem l\u00e9tezik el\u00e9g r\u00e9gen ahhoz, hogy ilyen jelleg\u0171 kijelent\u00e9st tehess\u00fcnk. Ahogy a flash mem\u00f3ria eset\u00e9ben is maximum \u00e9vtizedes adatmeg\u0151rz\u00e9si k\u00e9pess\u00e9get tudunk igazolni, a m\u00e1gnesszalagokn\u00e1l t\u00f6bb \u00e9vtizedest, a bakelitlemezekn\u00e9l pedig durv\u00e1n \u00e9vsz\u00e1zadost. De akkor mi a komplex adatok t\u00e1rol\u00e1s\u00e1nak\u00a0bizony\u00edtottan<\/i>\u00a0legtart\u00f3sabb m\u00f3dja? A pap\u00edr (\u00e9s rokonai) eset\u00e9ben is p\u00e1rezer \u00e9ves a legr\u00e9gebbi ismert (t\u00f6red\u00e9kes) p\u00e9ld\u00e1ny, \u00e9s ha m\u00e9g r\u00e9gebbre akarunk menni, akkor m\u00e1r a k\u0151t\u00e1bl\u00e1k, vagy m\u00e9g jobban visszap\u00f6rgetve az id\u0151 kerek\u00e9t, barlangrajzok kor\u00e1ba jutunk.<\/p>\n A spanyol El Castillo barlang k\u00e9zlenyomatai \u00e9s nonfigurat\u00edv \u00e1br\u00e1i k\u00f6zel 40 ezer \u00e9vvel ezel\u0151tt sz\u00fclettek, \u00e9s ha elfogadjuk ezek inform\u00e1ci\u00f3hordoz\u00f3-jelleg\u00e9t, akkor \u00e9sszer\u0171nek t\u0171nhet ezeket a korabeli \u00e1br\u00e1kat, pontosabban az \u0151ket tartalmaz\u00f3 fel\u00fcleteket tekinteni a leg\u0151sibb inform\u00e1ci\u00f3hordoz\u00f3nak.<\/p>\n A val\u00f3s\u00e1g azonban az, hogy nagys\u00e1grendileg is r\u00e9gebbiek azok a komplex inform\u00e1ci\u00f3k, amelyeket a mai technol\u00f3gi\u00e1val megb\u00edzhat\u00f3an meg tudunk hat\u00e1rozni, \u00e9s ezekben az esetekben a bizony\u00edtottan j\u00f3l m\u0171k\u00f6d\u0151 inform\u00e1ci\u00f3hordoz\u00f3 k\u00f6zel sem egy sziklafal sz\u00fcrkes\u00e9g\u0171 \u00e9lettelen anyag, hanem maga a DNS: k\u00f6zel 430 ezer \u00e9ves\u00a0<\/span>emberi csontokb\u00f3l is tudtunk<\/a>\u00a0<\/span>m\u00e1r haszn\u00e1lhat\u00f3 DNS-szekvenci\u00e1t kiszedni, \u00e9s az abszol\u00fat rekord jelenleg k\u00f6zel\u00a0<\/span>700 ezer \u00e9ves csontokb\u00f3l<\/a>\u00a0<\/span>sz\u00e1rmaz\u00f3 DNS szekven\u00e1l\u00e1sa.\u00a0<\/span>(Megjegyzend\u0151, hogy ezekn\u00e9l r\u00e9gebbi leletekr\u0151l is sz\u00f3lnak n\u00e9ha cikkek, de azokat a szekvenci\u00e1kat a kutat\u00f3k t\u00f6bbs\u00e9ge ink\u00e1bb modern szennyez\u0151d\u00e9snek tulajdon\u00edtja, mint val\u00f3di \u0151si DNS-nek.)<\/i><\/p>\n A DNS-ben lev\u0151 inform\u00e1ci\u00f3ra a \u201etervrajz\u201d \u00e9s \u201eprogram\u201d anal\u00f3gi\u00e1t szoktuk haszn\u00e1lni, amelyek egyike sem t\u00f6k\u00e9letes k\u00f6rbe\u00edr\u00e1sa az \u00f6r\u00f6k\u00edt\u0151anyagnak, de annyira mindenesetre pontosak, hogy j\u00f3l l\u00e1thassuk, val\u00f3ban komplex inform\u00e1ci\u00f3hordoz\u00f3 a dezoxiribonukleinsav.\u00a0<\/p>\n <\/p>\n A DNS egyik nagy el\u0151nye, hogy \u00e1ltal\u00e1ban a biol\u00f3giai mint\u00e1kban \u201efelszapor\u00edtott\u201d \u00e1llapotban van, vagyis nem egyetlen k\u00f3pi\u00e1ban, hanem ak\u00e1r t\u00f6bb sz\u00e1zban is, ami egyfajta term\u00e9szetes min\u0151s\u00e9gbiztos\u00edt\u00e1st ad, hiszen ha egy-egy molekul\u00e1ban ilyen-olyan okb\u00f3l meg is jelenne valamilyen mut\u00e1ci\u00f3, val\u00f3sz\u00edn\u0171tlen, hogy az az \u00f6sszes t\u00f6bbi k\u00f3pi\u00e1ban ugyanott jelen legyen, vagyis el\u00e9g sok DNS megszekven\u00e1l\u00e1sakor (szakzsargonban \u201emegfelel\u0151 m\u00e9lys\u00e9g\u0171\u201d szekven\u00e1l\u00e1s eset\u00e9n) az ilyen hib\u00e1k k\u00f6nnyen kisz\u00farhat\u00f3k \u00e9s a sok molekula szekvenci\u00e1j\u00e1nak \u00e1tlaga m\u00e1r a helyes inform\u00e1ci\u00f3t hordozza majd. \u00a0<\/p>\n Mindez nyilv\u00e1n rendk\u00edv\u00fcl vonz\u00f3 inform\u00e1ci\u00f3hordoz\u00f3v\u00e1 teszi m\u00e1s, szintetikus adatok felhaszn\u00e1l\u00e1s\u00e1nak szempontj\u00e1b\u00f3l is a DNS-t \u00e9s ami miatt m\u00e1r (m\u00e9g ?) nincsenek a boltokban a DNS-alap\u00fa adathorodoz\u00f3k, az k\u00e9t technol\u00f3giai megk\u00f6t\u00e9s: egyr\u00e9szt ugyan sokat gyorsultak (\u00e9s nagyon olcs\u00f3v\u00e1 v\u00e1ltak) a szekven\u00e1l\u00e1si technol\u00f3gi\u00e1k az elm\u00falt \u00e9vekben (tulajdonk\u00e9ppen a Moore-t\u00f6rv\u00e9nyt\u00a0<\/span>meghalad\u00f3 dologr\u00f3l van sz\u00f3<\/a>), m\u00e9g mindig nem kompetit\u00edvek sebess\u00e9g szempontj\u00e1b\u00f3l a klasszikus random-access mem\u00f3ri\u00e1kkal \u00f6sszevetve. Enn\u00e9l is nagyobb gond azonban, hogy az \u00faj DNS-sz\u00e1lak szintetiz\u00e1l\u00e1s\u00e1nak k\u00f6lts\u00e9ge egy\u00e1ltal\u00e1n nem k\u00f6vette eleddig a szekven\u00e1l\u00e1si k\u00f6lts\u00e9geket, vagyis nem v\u00e1lt irt\u00f3zatosan olcs\u00f3v\u00e1 a dolog. \u00c9ppen ez\u00e9rt jelenleg ink\u00e1bb csak hossz\u00fat\u00e1v\u00fa inform\u00e1ci\u00f3hordoz\u00f3k\u00e9nt j\u00f6n sz\u00e1m\u00edt\u00e1sba a DNS, igaz, ebb\u0151l a szempontb\u00f3l egyre vonz\u00f3bb, k\u00fcl\u00f6n\u00f6sen az \u00faj k\u00f3dol\u00e1si algoritmusok megjelen\u00e9s\u00e9vel.<\/p>\n Az els\u0151 pr\u00f3b\u00e1lkoz\u00e1sok a DNS-be k\u00f3dol\u00e1ssal nem sokkal a rekombin\u00e1ns DNS technol\u00f3gia megjelen\u00e9se (vagyis a DNS-darabok viszonylag szabad kombin\u00e1l\u00e1s\u00e1nak kidolgoz\u00e1sa) ut\u00e1n felt\u0171ntek. A legels\u0151 ilyen jelleg\u0171 pr\u00f3b\u00e1lkoz\u00e1s azonban nem egy genetikushoz vagy informatikushoz k\u00f6t\u0151dik, hanem egy m\u0171v\u00e9szhez: 1988-ban Joe Davis, r\u00e9szben a SETI-program keret\u00e9ben kik\u00fcld\u00f6tt\u00a0<\/span>arecib\u00f3i \u00fczenet<\/a>\u00a0<\/span>hat\u00e1s\u00e1ra az \u00e9letet szimboliz\u00e1l\u00f3\u00a0<\/span>\u0151sgerm\u00e1n r\u00fan\u00e1t k\u00f3dolta \u00e1t<\/a>\u00a0<\/span>el\u0151bb 35 bites digit\u00e1lis \u00fczenett\u00e9, majd egy 18 b\u00e1zisp\u00e1r hossz\u00fas\u00e1g\u00fa nukleotidszekvenci\u00e1v\u00e1. Ez term\u00e9szetesen akkor \u00e9rdekes pr\u00f3b\u00e1lkoz\u00e1snak t\u0171nt, de igaz\u00e1b\u00f3l m\u0171v\u00e9szi \u00f6nkifejez\u0151d\u00e9sen k\u00edv\u00fcl m\u00e9g nem sok ember l\u00e1tott bele b\u00e1rmit is.<\/p>\n Az els\u0151, mind\u00f6ssze 35 bites, DNS-be k\u00f3dolt szintetikus inform\u00e1ci\u00f3 egy \u0151si germ\u00e1n r\u00fana \u00e1tk\u00f3dolt \u00e1br\u00e1zol\u00e1sa volt.\u00a0<\/span>Forr\u00e1s:\u00a0<\/span>Scientific American<\/a><\/span><\/small><\/p>\n A huszonegyedik sz\u00e1zad m\u00e1sodik \u00e9vtized\u00e9nek elej\u00e9n azt\u00e1n felgyorsultak az esem\u00e9nyek. El\u0151bb\u00a0<\/span>az els\u0151 \u201eszintetikus \u00e9l\u0151l\u00e9nyt\u201d<\/a>\u00a0el\u0151\u00e1ll\u00edt\u00f3 Craig Venter k\u00f3dolt bele egy\u00a0<\/span>Mycobacterium<\/i>\u00a0genomba,\u00a0<\/span>amolyan easter-eggk\u00e9nt<\/a>\u00a0p\u00e1r k\u00fcl\u00f6n jelent\u00e9ssel b\u00edr\u00f3 szekvenci\u00e1t (kb. 8000 bit mennyis\u00e9gben), majd 2012-ben, a szintetikus biol\u00f3gia m\u00e1sik fenegyerek\u00e9nek, George Churchnek a csoportja 5.27 megabitnyi inform\u00e1ci\u00f3t (Church\u00a0<\/span>Regenesis: How Synthetic Biology Will Reinvent Nature and Ourselves\u00a0<\/span><\/em>c\u00edm\u0171 – 53,426 sz\u00f3 hossz\u00fas\u00e1g\u00fa – k\u00f6nyv\u00e9t, 11 JPG form\u00e1tum\u00fa k\u00e9pet \u00e9s egy JavaScript programot )\u00a0<\/span>t\u00e1rolt sikeresen<\/a>\u00a0DNS-szekvencia form\u00e1j\u00e1ban. \u00c9s innent\u0151l kezdve mindenki sz\u00e1m\u00e1ra nyilv\u00e1nval\u00f3 volt, hogy a DNS\u00a0<\/span>t\u00e9nyleg<\/i>\u00a0szintetikus inform\u00e1ci\u00f3-t\u00e1rol\u00f3v\u00e1 v\u00e1lhat. A DNS-es adatt\u00e1rol\u00e1s mennyis\u00e9gi rekordj\u00e1t a University of Washington \u00e9s a Microsoft kutat\u00f3i tartj\u00e1k, akik 200 meg\u00e1nyi adatot tudtak sikeresen elt\u00e1rolni DNS-ben, majd hiba n\u00e9lk\u00fcl visszaolvasni.<\/span><\/p>\n DNS-t\u00e1rol\u00e1sb\u00f3l a jelenlegi rekordot a University of Washington \u00e9s a Microsoft kutat\u00f3i tartj\u00e1k.\u00a0Forr\u00e1s:\u00a0bioRxiv.org<\/a><\/span><\/span><\/small><\/p>\n Ez ut\u00f3bbi teljes\u00edtm\u00e9ny a kor\u00e1bban m\u00e1r eml\u00edtett term\u00e9szetes hiba-biztos\u00edt\u00e1s ellen\u00e9re nem trivi\u00e1lis. Hogy mennyire nem az, azt j\u00f3l mutatja, hogy ma m\u00e1r klasszikusnak sz\u00e1m\u00edt\u00f3 munk\u00e1jukban Church\u00e9k 22 hib\u00e1t is tal\u00e1ltak a visszaolvas\u00e1s ut\u00e1n, ami m\u00e1r kell\u0151en megb\u00edzhatatlann\u00e1 tenn\u00e9 a DNS-alap\u00fa inform\u00e1ci\u00f3hordoz\u00e1st. Ennek lek\u00fczd\u00e9s\u00e9re m\u00e1ra m\u00e1r sz\u00e1mos k\u00f3dol\u00e1si algoritmust bevetnek a digit\u00e1lis inform\u00e1ci\u00f3 szekvenciasorozatt\u00e1 val\u00f3 \u00e1talak\u00edt\u00e1sakor, ez\u00e9rt \u00fagy t\u0171nik, ilyen jelleg\u0171 akad\u00e1lya nem lesz majd a DNS-alap\u00fa inform\u00e1ci\u00f3hordoz\u00f3k elterjed\u00e9s\u00e9nek.<\/p>\n Mivel a DNS szekvenci\u00e1ja n\u00e9gyf\u00e9le b\u00e1zisp\u00e1rb\u00f3l \u00e1ll, ez lehet\u0151s\u00e9get ad arra, hogy a bin\u00e1ris, digit\u00e1lis inform\u00e1ci\u00f3 \u00e1tk\u00f3dol\u00e1sakor sz\u00e1mos olyan tr\u00fckk\u00f6t alkalmazzunk, hogy az egym\u00e1s ut\u00e1n k\u00f6vetkez\u0151 b\u00e1zisok ne egyszer\u0171en egyetlen bitr\u0151l hordozzanak inform\u00e1ci\u00f3t. Lehet\u0151s\u00e9g van arra, hogy egym\u00e1s ut\u00e1ni b\u00e1zisok a kor\u00e1bbi nukleotidokr\u00f3l is hordozzanak valamilyen inform\u00e1ci\u00f3t, illetve arra is vigy\u00e1znak ma m\u00e1r az ilyen szekvenci\u00e1k tervez\u00e9sekor, hogy ker\u00fclj\u00e9k azokat a szekvenci\u00e1kat, amelyek a term\u00e9szetben k\u00f6nnyebben mut\u00e1ci\u00f3k megjelen\u00e9s\u00e9hez vezetn\u00e9nek (pl. nukleotid-ism\u00e9tl\u0151d\u00e9seket). Rengeteg, az IT vil\u00e1g\u00e1ban rendszeresen haszn\u00e1lt k\u00f3dol\u00e1si strat\u00e9gi\u00e1t siker\u00fclt m\u00e1r DNS-re \u00e1t\u00fclteni, kezdve a\u00a0<\/span>Huffman-k\u00f3dol\u00e1st\u00f3l<\/a>\u00a0<\/span>(l\u00e1sd\u00a0<\/span>itt<\/a>), a Luby Transform\u00a0<\/span>sz\u00f6k\u0151k\u00fat-algoritmuson<\/a>\u00a0<\/span>\u00e1t (itt<\/a>) eg\u00e9szen a Microsoft eml\u00edtett, leg\u00fajabb cikk\u00e9ben bevetett\u00a0<\/span>Reed-Solomon-f\u00e9le hibajav\u00edt\u00f3 k\u00f3dokig<\/a>. \u00a0<\/p>\n \u00a0 Ezeknek az \u00faj\u00edt\u00e1soknak k\u00f6sz\u00f6nhet\u0151en pedig nemcsak l\u00e9nyegesen megn\u0151tt a biztons\u00e1gosan t\u00e1rolhat\u00f3 (\u00e9s relat\u00edv k\u00f6nnyen \u00e9s olcs\u00f3n visszanyerhet\u0151) adat mennyis\u00e9ge, de l\u00e9nyegesen t\u00f6m\u00f6rebb\u00e9 is v\u00e1lt: jelenleg 214 Pbyte\/gramm k\u00f6rny\u00e9k\u00e9n j\u00e1runk, ami sok nagys\u00e1grenddel hat\u00e9konyabb elj\u00e1r\u00e1st jelent, mint a klasszikus merevlemezekn\u00e9l, vagy flash-alap\u00fa adathordoz\u00f3kn\u00e1l.<\/p>\n Erre a t\u00f6m\u00f6rs\u00e9gre m\u00e1rpedig minden jel szerint a nem is annyira t\u00e1voli j\u00f6v\u0151ben sz\u00fcks\u00e9g\u00fcnk lehet. Jelenlegi n\u00f6veked\u00e9si trendek mellett a t\u00e1roland\u00f3 digit\u00e1lis inform\u00e1ci\u00f3 mennyis\u00e9ge 2020-ra el\u00e9ri a 44 trilli\u00f3 gigab\u00e1jtot (GB), 2040-re pedig m\u00e1r ott tartunk majd, hogy ha egyszerre akarn\u00e1nk mindenf\u00e9le inform\u00e1ci\u00f3t flash-memori\u00e1n t\u00e1rolni, akkor azok el\u0151\u00e1ll\u00edt\u00e1s\u00e1hoz k\u00f6zel sz\u00e1zszor t\u00f6bb nagytisztas\u00e1g\u00fa sziliciumra lenne sz\u00fcks\u00e9g\u00fcnk, mint amit a jelenlegi chipk\u00e9sz\u00edt\u0151 kapacit\u00e1s biztos\u00edtani tud.\u00a0<\/p>\n Nem v\u00e9letlen, hogy a Microsoft is egyre komolyabban foglalkozik a\u00a0<\/span>DNS-alap\u00fa adatt\u00e1rol\u00e1ssal<\/a>, \u00e9s komoly tervei vannak, hogy a k\u00f6zelj\u00f6v\u0151ben bizonyos hossz\u00fa-t\u00e1v\u00fa adatt\u00e1rol\u00e1st m\u00e1r\u00a0<\/span>DNS-alap\u00fa felh\u0151ben v\u00e9gezzen<\/a>.\u00a0<\/p>\n Mindez persze sok szempontb\u00f3l a j\u00e9ghegy cs\u00facsa lehet \u00e9s bizonyos DNS-alap\u00fa t\u00e1rol\u00e1si elj\u00e1r\u00e1sok m\u00e9g \u00e9pp csak sz\u00fclet\u0151ben vannak. Erre enged legal\u00e1bbis k\u00f6vetkeztetni az aktu\u00e1lis\u00a0<\/span>Nature<\/i>-ben megjelent cikk<\/a>, ahol \u2013 ki m\u00e1s, mint \u2013 George Church csapata egy vide\u00f3 k\u00e9peit szekvenci\u00e1lisan k\u00f3dolta be egy bakt\u00e9rium-popul\u00e1ci\u00f3 genomj\u00e1ba.<\/p>\n A kor\u00e1ban le\u00edrtak f\u00e9ny\u00e9ben tal\u00e1n \u00e9rthetetlen lehet, hogy mi\u00e9rt olyan nagy sz\u00e1m 2017 nyar\u00e1n, ha\u00a0<\/span>Eadweard Muybridge klasszikus mozg\u00f3 lovas<\/a>\u00a0vide\u00f3j\u00e1nak \u00f6t k\u00e9pkock\u00e1ra lebut\u00edtott v\u00e1ltozat\u00e1t DNS-be k\u00f3dolj\u00e1k, de itt nem az inform\u00e1ci\u00f3-mennyis\u00e9ge, hanem a bevitel mik\u00e9ntje keltett m\u00e9lt\u00e1n felt\u0171n\u00e9st.<\/p>\n A \u201ebakteri\u00e1lis immunrendszerk\u00e9nt\u201d CRISPR\/Cas9 rendszerr\u0151l, mint az \u00fajgener\u00e1ci\u00f3s genomszerkeszt\u00e9s legf\u0151bb eszk\u00f6z\u00e9r\u0151l\u00a0<\/span>m\u00e1r \u00edrtam<\/a>\u00a0<\/span>kor\u00e1bban. Csak m\u00edg a genomszerkeszt\u00e9si elj\u00e1r\u00e1sokn\u00e1l a rendszernek azt a tulajdons\u00e1g\u00e1t haszn\u00e1lt\u00e1k ki, hogy a DNS-has\u00edt\u00e1s hely\u00e9t programozni lehet, az \u00faj cikkben egy teljesen m\u00e1sik tulajdons\u00e1gra ker\u00fclt a hangs\u00faly: hogy a rendszer valamennyire adapt\u00edv is. Ez eg\u00e9szen t\u00f6m\u00f6ren azt jelenti, hogy ha egy bakteri\u00e1lis v\u00edrus, azaz egy f\u00e1g megt\u00e1madja a sejtet, \u00e9s az sikeresen t\u00fal\u00e9li a t\u00e1mad\u00e1st, akkor a DNS-\u00e9nek egy szakasza be\u00e9p\u00fcl a bakteri\u00e1lis genomba \u00e9s a j\u00f6v\u0151ben, egy \u00faj t\u00e1mad\u00e1skor m\u00e1r akt\u00edvan ir\u00e1ny\u00edtja a nukle\u00e1zokat a f\u00e1g-DNS elhas\u00edt\u00e1s\u00e1ra. Ezek a kis szekvenciadarabok r\u00f6vid spacer szekvenci\u00e1kkal elv\u00e1lasztva ker\u00fclnek bele a genomba \u00e9s az \u00faj szekvenci\u00e1k mindig a sor v\u00e9g\u00e9re lesznek beillesztve. Vagyis a sejt bels\u0151 rendszere m\u00e1r maga tudja az id\u0151belis\u00e9get kezelni.\u00a0<\/p>\n![\"dna_storage_graphic_web_2.jpg\"](\"https:\/\/m.blog.hu\/cr\/criticalbiomass\/post-image\/2017\/07\/dna_storage_graphic_web_2.jpg\")
<\/p>\n![\"microvenus.jpg\"](\"https:\/\/m.blog.hu\/cr\/criticalbiomass\/post-image\/2017\/07\/microvenus.jpg\")
<\/p>\n![\"microsoft_dna.png\"](\"https:\/\/m.blog.hu\/cr\/criticalbiomass\/post-image\/2017\/07\/microsoft_dna.png\")
<\/span><\/p>\n![\"screen-shot-2016-04-11-at-12_37_07-pm-100655391-orig.png\"](\"https:\/\/m.blog.hu\/cr\/criticalbiomass\/post-image\/2017\/07\/screen-shot-2016-04-11-at-12_37_07-pm-100655391-orig.png\")
<\/p>\n