DNA分子を使用したデータストレージで膨大なデータの長期保存が可能に？DNAストレージの原理と将来性について解説

・研究員たちはDNA分子を使用し、日々の情報を保存します。

 

 

・その情報は、数十年、または数世紀後に取得できます。

 

 

・現時点では、このテクノロジーはとても高価です。

 

 

現在の情報化時代では、世界中のデータは莫大な量にまで増えています。それらのデータを保存するための既存の装置は（ソリッドステートドライブ、ハードドライブ、および磁気テープ）、すぐに物理的な限界に達するでしょう。ここでは、なぜ科学者たちが、長期でデータを保存するためのDNA分子を使用することを試したのかを、説明します。これは、任意の形状を取り、例外的な密度と耐久性を超えることもできます。理論的には、DNA1グラムあたりに215ペタバイトのデータを、数千年保存することができます。

 

 

現在、ETH Zurich（スイス）およびErlich Lab LLC（イスラエル）の研究員たちは、水のボトル、シャツのボタン、さらにはガラスレンズなどのように、日々の凄まじい量の情報を保存するための新しい方法を開発しています。（使用するのは、DNA分子のみです）これらの情報は、数十年、または数世紀後に、直接取得することができます。

 

 

近年の研究では、DNAの“バーコード”で製品にマークを付けたり、大量のデータをDNAに保存したりすることによって、“もののDNA”と名付けられた、新しいタイプのデータストーレッジを組み立てることが可能です。これ（ストーレッジユニット）は、インターネットを通した情報や、名前とリンクしています。

 

 

彼らは、どのようにそれを行いましたか？

 

 

不変のメモリを持つものを作成するに、研究員たちは、DNA分子を機能性材料に融合させました。彼らはデータを、エラーに強い方法で、DNA分子にエンコードしました。

 

 

彼らは、極端なドロップアウトエラーを修正し、微量の材料からデータを取得するために、DNAファウンテンエンコーディングスキームを使用しました。

 

 

しかし、単に機能的なDNAと混ぜるだけでは、混ぜている間の温度の上昇や加水分解ストレスによって、頻繁にDNAは分解します。

 

 

これは、DNAをシリカナノ粒子にカプセル化することで排除できます。シリカ粒子でカプセル化されたDNAによって、DNAと埋め込み素材を、より簡単に混ぜることができます。また、DNA分子の半減期を延ばします。

 

 

DNA分子は、様々な材料と混ぜることができます。また、3Dプリントか鋳造技術を通して、形作ることもできます。

 

 

研究チームは、新しい方法を実証するために、プラスチックで3Dのうさぎをプリントしました。このうさぎには、うさぎをプリントするための、100KBのデータが含まれています。このことは、本物のウサギのような独自の設計図を所有しているということです。

 

 

 

 

100KBのDNA分子データを含んだ、プラスチックで3Dプリントされたうさぎです｜クレジット：Credit: ETH Zurich / Julian Koch

 

 

彼らはうさぎの小片からも、データを取得しました。また、それを使用して、全く新しい3Dプリントをしました。彼らは同じプロセスを5回繰り返し、最初のうさぎの“孫の孫の孫”まで作りました。

 

 

アプリケーション

 

 

このテクノロジーで、通常の素材に秘密の情報を隠すことができます。このテクニックは、ステガノグラフィーと呼ばれています。彼らは、従来のメガネのレンズによるショートフィルム（1.4MB）で、これを実証しました。空港のセキュリティには、検出されません。

 

 

プロセス中にとても高い温度に達しない限り、理論的には、全てのプラスチック（シリコン、ポリウレタン、ポリエステル、エポキシドを含む）に情報を隠すことができます。

 

 

図案レベルの情報にあるアプリケーションは、大量生産オブジェクトや、パーソナライズされたアイテムのいずれかにアクセスする必要がある場合に、役立つでしょう。例えば、デンタルインプラントの各構造は、特定の患者のためにカスタマイズされています。

 

 

このテクノロジーのより奇抜なアプリケーションは、自己複製デバイスを持っています。このテクニックには、制限なくオブジェクトを提供するストレージの材料を作るための、複製機能があります。

 

 

このテクノロジーは、ものすごく高価です。1つの3Dプリントファイルを翻訳するのに、2,000ドル以上かかります。しかし、オブジェクトのバッチサイズが増加するにつれて、ユニットコストは減少します。