Дорогой злой инженер, могу ли я пронести военные секреты в свою ДНК?

Изображение предоставлено: Dreamstime

Хилари Лэмб

Опубликовано в четверг, 13 июля 2023 г.

В этом месяце Злой Инженер советует шпиону в поисках незаметного способа хранения данных.

Дорогой Злой Инженер,

Я двойной агент, действующий от имени [отредактировано]. После 15 лет работы на оборонном технологическом объекте враждебного государства мне наконец-то удалось захватить определенное количество конфиденциальных данных, которые я скопировал на флэш-накопитель емкостью 32 ГБ, чтобы вернуться в свою родную страну [отредактировано]. Однако мне сообщили, что о моей деятельности предупреждена контрразведка, и я не знаю, как лучше всего переправить эти данные через границу – наверняка вся моя электроника будет проверена.

Я слышал, что данные могут храниться и в других формах, в том числе в ДНК. Могу ли я хранить эти оборонные секреты в своей ДНК и таким образом переносить их через границу незамеченными?

Ваш,

Шпион

Дорогой злодей,

Спасибо за ваше откровенное письмо. Не мне предупреждать какие-либо власти о вашей деятельности – я всего лишь злой инженер, помогающий нуждающимся – так что давайте сразу перейдем к ответу на ваш вопрос. Вы действительно можете использовать ДНК для передачи 32 ГБ данных через границу, хотя и не в своем теле.

Хранение данных ДНК — это захватывающая новая технология, целью которой является использование исключительной природной способности ДНК хранить данные. Он включает в себя кодирование двоичных данных (0 и 1) в последовательности нуклеотидных оснований (A, C, G, T), а затем синтез ДНК с этой последовательностью. Он сохраняется до тех пор, пока он не понадобится, когда ДНК секвенируется, а затем декодируется обратно в двоичный формат, читаемый на компьютере.

С хранением данных ДНК экспериментировали на протяжении многих десятилетий (в частности, в 1988 году художник Джо Дэвис вставил небольшой кусочек синтетической ДНК, содержащий простое визуальное изображение женских гениталий, в живые клетки E. coli – каждый организм содержал множество копий, которые могут быть секвенированы и декодированы для воспроизведения изображения). По-настоящему все началось в 2010-х годах, когда появилась пара знаковых статей.

Один из них, написанный учеными из Гарварда, описал кодирование книги объемом 50 000 слов и других носителей в ДНК, просто сопоставляя биты один к одному с основаниями. Другой, разработанный учеными Европейского института биоинформатики, продемонстрировал возможность хранить, извлекать и воспроизводить данные из ДНК с точностью не менее 99,99 процентов благодаря инновационной схеме исправления ошибок. Эти статьи продемонстрировали, что действительно возможно хранить значительные объемы данных в ДНК и считывать их.

С тех пор в ДНК хранились все более крупные объекты, включая весь текст англоязычной Википедии и эпизод сериала «Биохакеры» Netflix. Другие достижения включают выполнение операций обработки данных непосредственно на ДНК с помощью химических процессов, автоматизацию процесса и защиту данных от ошибок, например, путем вкрапления «синхронизирующих» нуклеотидов для помощи в реконструкции.

Изображение предоставлено: Dreamstime

Этот способ хранения данных привлекателен тем, что он невероятно экономичен — теоретически можно хранить эксабайт в объеме песчинки. ДНК также хорошо сохраняет информацию в течение очень длительных периодов времени — тысяч или даже миллионов лет при правильных условиях (в 2021 году исследователи успешно секвенировали ДНК мамонта возрастом 1,2 миллиона лет). Хотя его практическое использование в настоящее время ограничено высокой стоимостью и медленным временем чтения и записи, в этих областях наблюдается прогресс, и вполне реально ожидать, что в не столь отдаленном будущем мы сможем увидеть использование ДНК- и гибридных систем хранения данных. для данных, к которым не требуется частый доступ.

Итак, это многообещающее состояние технологии. Конечно, вас интересует возможность хранения информации в собственном теле. Хорошей новостью является то, что данные можно хранить в живых организмах. В 2021 году исследователи Колумбийского университета опубликовали статью, описывающую, как они использовали CRISPR для хранения информации в активных генах кишечной палочки — они закодировали 72 бита ДНК, чтобы записать «Привет, мир!». Даже смешав их с обычными почвенными микробами, они все равно смогли секвенировать ДНК и извлечь сообщение.