Monthly Archives: March 2021

Oleh Robert F. Service Mar. 2, 2017, 14:00

Kemanusiaan memiliki masalah penyimpanan data: Lebih banyak data yang dibuat dalam 2 tahun terakhir daripada dalam semua sejarah sebelumnya. Dan semburan informasi itu akan segera melampaui kemampuan hard drive untuk menangkapnya. Sekarang, para peneliti melaporkan bahwa mereka telah menemukan cara baru untuk menyandikan data digital dalam DNA untuk membuat skema penyimpanan data skala besar dengan kepadatan tertinggi yang pernah ditemukan. Mampu menyimpan 215 petabyte (215 juta gigabyte) dalam satu gram DNA, sistem ini pada prinsipnya dapat menyimpan setiap bit data yang pernah direkam oleh manusia dalam sebuah wadah seukuran dan berat beberapa truk pickup. Tetapi apakah teknologi itu lepas landas tergantung pada biayanya.

DNA memiliki banyak keunggulan untuk menyimpan data digital. Ini sangat kompak, dan dapat bertahan ratusan ribu tahun jika disimpan di tempat yang sejuk dan kering. Dan selama masyarakat manusia membaca dan menulis DNA, mereka akan dapat memecahkan kodenya. “DNA tidak akan menurun seiring waktu seperti kaset dan CD, dan tidak akan menjadi usang,” kata Yaniv Erlich, seorang ilmuwan komputer di Universitas Columbia. Dan tidak seperti pendekatan kepadatan tinggi lainnya, seperti memanipulasi atom individu di permukaan, teknologi baru dapat menulis dan membaca DNA dalam jumlah besar pada satu waktu, memungkinkannya untuk ditingkatkan.

Ilmuwan telah menyimpan data digital dalam DNA sejak tahun 2012. Saat itulah ahli genetika Universitas Harvard George Church, Sri Kosuri, dan rekannya mengkodekan buku 52.000 kata dalam ribuan potongan DNA, menggunakan untaian alfabet empat huruf DNA A, G , T, dan C untuk menyandikan 0 dan 1 dari file digital. Skema pengkodean khusus mereka relatif tidak efisien, dan hanya dapat menyimpan 1,28 petabyte per gram DNA. Pendekatan lain telah dilakukan dengan lebih baik. Tetapi tidak ada yang mampu menyimpan lebih dari setengah dari apa yang menurut para peneliti dapat ditangani oleh DNA, sekitar 1,8 bit data per nukleotida DNA. (Jumlahnya bukan 2 bit karena kesalahan penulisan dan pembacaan DNA yang jarang, tetapi tak terhindarkan.

Erlich mengira dia bisa mendekati batas itu. Jadi dia dan Dina Zielinski, seorang ilmuwan asosiasi di New York Genome Center, melihat algoritma yang digunakan untuk menyandikan dan memecahkan kode data. Mereka mulai dengan enam file, termasuk sistem operasi komputer lengkap, virus komputer, film Prancis tahun 1895 berjudul Arrival of a Train at La Ciotat, dan studi tahun 1948 oleh ahli teori informasi Claude Shannon. Mereka pertama-tama mengonversi file menjadi string biner 1 dan 0, mengompresnya menjadi satu file master, dan kemudian membagi data menjadi string pendek kode biner. Mereka merancang algoritme yang disebut air mancur DNA, yang secara acak mengemas string menjadi apa yang disebut tetesan, di mana mereka menambahkan tag tambahan untuk membantu menyusunnya kembali dalam urutan yang benar nanti. Secara keseluruhan, para peneliti menghasilkan daftar digital 72.000 untai DNA, masing-masing sepanjang 200 basa.

Mereka mengirimkan ini sebagai file teks ke Twist Bioscience, perusahaan rintisan yang berbasis di San Francisco, California, yang kemudian mensintesis untaian DNA. Dua minggu kemudian, Erlich dan Zielinski menerima melalui pos sebuah botol berisi setitik DNA yang menyandikan file mereka. Untuk memecahkan kode mereka, pasangan tersebut menggunakan teknologi pengurutan DNA modern. Urutan tersebut dimasukkan ke dalam komputer, yang menerjemahkan kode genetik kembali ke biner dan menggunakan tag untuk memasang kembali enam file asli. Pendekatan ini bekerja dengan sangat baik sehingga file baru tidak berisi kesalahan, mereka melaporkan hari ini di Science. Mereka juga mampu membuat salinan bebas kesalahan dalam jumlah yang hampir tidak terbatas dari file mereka melalui reaksi berantai polimerase, teknik penyalinan DNA standar. Terlebih lagi, kata Erlich, mereka mampu menyandikan 1,6 bit data per nukleotida, 60% lebih baik daripada kelompok mana pun sebelumnya dan 85% batas teoretis.

“Saya suka pekerjaannya,” kata Kosuri, yang sekarang menjadi ahli biokimia di University of California, Los Angeles. “Saya rasa ini pada dasarnya adalah studi definitif yang menunjukkan bahwa Anda dapat [menyimpan data dalam DNA] dalam skala besar.”

Namun, Kosuri dan Erlich mencatat bahwa pendekatan baru belum siap untuk penggunaan skala besar. Biayanya $ 7000 untuk mensintesis 2 megabyte data dalam file, dan $ 2000 lagi untuk membacanya. Biayanya kemungkinan akan turun seiring waktu, tetapi jalannya masih panjang, kata Erlich. Dan dibandingkan dengan bentuk penyimpanan data lainnya, penulisan dan pembacaan DNA relatif lambat. Jadi, pendekatan baru kemungkinan tidak akan berhasil jika data dibutuhkan secara instan, tetapi akan lebih cocok untuk aplikasi pengarsipan. Lalu, siapa yang tahu? Mungkin pusat data raksasa Facebook dan Amazon itu suatu hari akan digantikan oleh beberapa truk pickup DNA.

Diposting di: Teknologi
doi: 10.1126 / science.aal0852

Robert F. Service