¿Exactamente qué tan factible es el almacenamiento de ADN en la práctica y cuál es su futuro?

Answer 1

Es excelente para el almacenamiento : estable, seguro, a largo plazo . Eso es todo para lo que espero que se use. No es tan bueno para el uso activo, porque la secuenciación es lenta. Sin embargo, si pudiéramos superar todas las restricciones de ingeniería (¡lo cual no espero!), En teoría podría permitir una transferencia de información muy rápida.

Como mencioné en esa respuesta, el almacenamiento de ADN tiene la mejor densidad de información de cualquier cosa que podamos hacer en este momento. Es bastante práctico, también; El ADN es una molécula bastante bien entendida, y podemos escribir secuencias relativamente largas artificialmente con bastante buena precisión. (El primer ser vivo con un genoma sintético es una gran demostración de lo que podemos hacer). Y es genial para el largo plazo, al menos a más largo que una vida humana, porque el ADN tiene una vida media de 521 años.

Sin embargo, es poco probable que el almacenamiento de ADN se utilice en computadoras. Esto se debe a que, a pesar de los aumentos masivos en la velocidad de secuenciación que hemos logrado en las últimas dos décadas, la secuenciación es relativamente lenta. Y hay un límite superior en la velocidad de la secuenciación . Hay varias restricciones, pero quizás la más fundamental es que las macromoléculas solo pueden moverse tan rápido sin desnaturalizar.

¿Cuáles son las otras restricciones? Bueno, los secuenciadores de ADN más rápidos que tenemos ahora utilizan la secuenciación nanpore, que básicamente empuja las hebras a través de pequeños orificios y mide los cambios en el voltaje en el orificio para indicar qué par de bases se está moviendo a través de cuándo. El límite aquí no es la velocidad a la que se mueve el ADN; el límite es que normalmente, se mueve tan rápido que no podemos medir el voltaje lo suficientemente rápido!

Pero digamos que encontramos una manera de evitar esa restricción. ¿Qué es lo más rápido que puedes mover el ADN para secuenciarlo? Abusaré ahora de la termodinámica para llegar a una estimación aproximada.

El ADN se desnaturaliza alrededor de 90 grados C. A esa temperatura, la energía cinética de traslación promedio del hidrógeno es de 4529 J / mol, por lo que 7.52 * 10 ^ -21 J / molécula. Un par de bases AT pesa alrededor de 669 veces más que una molécula de hidrógeno, por lo que 5.03 * 10 ^ -18 J / molécula. Energía cinética = 0.5 * masa * (velocidad ^ 2). Entonces, si calculé correctamente, esto significa que un par de bases AT puede moverse hasta 2119 m / s sin desnaturalización.

Por lo tanto, ¡tenemos un límite en la velocidad máxima! * Entonces, ¿qué es lo más rápido que podríamos en teoría transferir datos usando el almacenamiento de ADN? Dicen que estamos secuenciando un solo genoma humano a partir de una sola célula. ¿Cuánto tiempo llevará? Bueno, si estiras todo el ADN en los 46 cromosomas de extremo a extremo, tendrían hasta 3 metros de largo. Ya que estamos ignorando la aceleración, ¡tomaría 1.416 milisegundos!

Hay ~ 2.9 billones de pares de bases en el genoma humano. Cada uno puede codificarse con dos bits, por lo que el genoma completo es de unos 725 megabytes. (Fuente: versión antigua de Wikipedia, a través de Stack Overflow). ¡Eso nos da un límite teórico superior en su transferencia de información de 512 gigabytes por segundo! Pero eso es ignorar numerosas restricciones serias de ingeniería.

* La aceleración también podría ser un problema. Es un tema que voy a ignorar aquí. La última vez que hablé de la aceleración del ADN, terminé abusando de la mecánica orbital para demostrar que un psíquico de cómics no debería haber podido reescribir su genoma con telekinesis para convertirse en un dinosaurio, y creo que arruiné mis cálculos allí.

Answer 2

Con la creciente explosión de datos y el crecimiento dramático de Big Data, las compañías de TI enfrentan grandes dificultades para administrar grandes conjuntos de flujos de datos. Los dispositivos de almacenamiento, como los discos duros, los medios magnéticos o las memorias USB se enfrentan continuamente a dificultades para retener los datos durante un período de tiempo más prolongado. Los investigadores han encontrado una nueva forma de resolver el problema cada vez mayor del almacenamiento de datos almacenando información en moléculas de ADN. Lo que posiblemente podría durar millones de años. El almacenamiento de ácido desoxirribonucleico (ADN) se ha convertido en la forma más actual y más grande de almacenamiento de datos. El almacenamiento de datos de ADN ha revelado aplicaciones prometedoras para almacenar gran cantidad de información en un espacio microscópico de una manera más compacta. El almacenamiento de datos digitales de ADN se refiere al almacenamiento de datos digitales en la secuencia base de ADN. Hablando teóricamente, 1 gramo de ADN tiene el potencial de contener 455 exabytes de datos.

Los científicos han descubierto información moderna y herramientas de ingeniería química para proteger la información digital almacenada en forma de ADN. Las investigaciones en Zúrich han encontrado nuevos algoritmos matemáticos que se pueden implementar durante transmisiones de radio de larga distancia para eliminar cualquier error observado durante el descifrado de los datos digitales codificados en el ADN. También inventaron una nueva metodología con la ayuda de la cual el ADN está encapsulado en vidrio, que es muy similar a hacer una forma fosilizada de almacenamiento de datos. Esto hace que el almacenamiento de ADN sea una forma permanente de almacenamiento de datos. Según un informe reciente publicado por IndustryARC sobre el mercado de tecnología de almacenamiento de datos de la próxima generación , se proyecta que el almacenamiento de ADN alcanzará un valor total de $ 30 millones a finales de 2016 y se prevé que crezca a una CAGR del 50.73% para 2025.

El ADN tiene el potencial de almacenar datos durante un largo período de tiempo y ha demostrado ser la forma más densa de almacenamiento de datos, por lo que es probable que reemplace los discos duros tradicionales. Como por ejemplo, un disco duro externo puede almacenar unos cinco terabytes de datos y posiblemente durar alrededor de cincuenta años. En contraste con esto, 28 gramos (o una onza) de ADN pueden almacenar alrededor de 300,000 terabytes de memoria y posiblemente durar aproximadamente un millón de años. El alto costo involucrado en el almacenamiento de ADN ha demostrado ser un obstáculo importante en su crecimiento. La lenta tasa de recuperación de datos y el tiempo prolongado requerido para leer y escribir hebras de ADN son algunos de los factores que deben ser abordados por los investigadores antes de su comercialización en la industria de almacenamiento de datos. Pero el almacenamiento de ADN no necesita un suministro constante de energía y no tiene problemas de degradación, a diferencia de las cintas magnéticas y otros medios digitales. Es probable que el sistema de almacenamiento de ADN se convierta en el futuro medio de almacenamiento de datos para almacenar todo tipo de información y datos, debido a su naturaleza extremadamente estable y su potencial para almacenar datos de manera confiable durante siglos sin pérdida ni deterioro. Dentro de los próximos cinco años, el rápido aumento en el campo del almacenamiento de ADN está destinado a impulsar su mercado hacia la comercialización, haciéndolo disponible para los usuarios de almacenamiento de datos en las industrias de usuarios finales.