Kunstmatig DNA is de geheugenkaart van de toekomst


Foto: DNAU

De hoeveelheid data die we met z’n allen dagelijks creëren via e-mail, Facebook, Tinder, slimme apparaten, enzovoort bedraagt inmiddels triljoenen bytes per dag. De totale stapel opgeslagen digitale data loopt in de onuitspreekbare getallen en groeit exponentieel. De meeste data is pas de afgelopen jaren gecreëerd. Er wordt dan ook gesproken van een datarevolutie.

Waar en hoe moeten we al deze data in de toekomst opslaan? Ponskaarten en floppydisks voldoen allang niet meer. Ook de harde schijf en flashdrive hebben niet het eeuwige leven. Een potentiële opvolger komt uit een onverwachte hoek. Men experimenteert namelijk met het oudste opslagmedium op aarde: DNA.

DNA is het erfelijk materiaal dat een organisme van zijn ouders krijgt. Het is een molecuul waarin de blauwdruk ligt opgeslagen die belangrijke informatie bevat over hoe het organisme eruit moet zien en hoe het dient te functioneren. Ook het DNA kende een aantal datarevoluties waarbij steeds meer informatie kon worden opgeslagen.

Een bacterie is een eencellige en kan toe met een relatief kleine blauwdruk. Bij het bouwen van een meercellig wezen, zoals een olifant of mens, komt veel meer kijken. Daar zijn veel meer data en instructies voor nodig. Daardoor zit er een wereld van verschil tussen de opslagcapaciteit van bacterieel DNA en dat van ons.

DNA bestaat uit bouwblokken die worden aangeduid met de letters A, C, G en T. De volgordes van deze letters in de DNA-moleculen bepalen de instructies van de blauwdruk, net zoals nullen en enen dat doen in computers. Om DNA als opslag te gebruiken voor digitale data worden de nullen en enen vertaald naar A’s, C’s, G’s en T’s in een kunstmatig DNA-molecuul.

Hier is al driftig mee geëxperimenteerd door wetenschappers en bedrijven zoals Microsoft. Zo werden in kunstmatig DNA al teksten (sonnetten van Shakespeare), filmpjes, plaatjes en geluidsfragmenten (de ‘I had a dream’- speech van Martin Luther King) opgeslagen en uitgelezen.

Datacenter in de badkuip
Het grote voordeel van DNA is dat het klein (een haar is circa vijftigduizend keer dikker), licht en energiezuinig is. Ook is het robuust. DNA uit fossielen van mammoeten en Neanderthalers is nog steeds leesbaar. Bovendien heeft DNA een track record van zolang er leven is. Maar vooral indrukwekkend is de enorm hoge data-dichtheid van DNA. Theoretisch kan er 455 exabyte (455 miljard gigabyte) per gram DNA worden opgeslagen. Dat zal in werkelijkheid een paar orden minder zijn door een aantal praktische beperkingen, maar dat is nog steeds indrukwekkend. Het betekent dat alle data ter wereld zou passen in minder dan tien badkuipen.

Zover is het echter nog niet. Het vervaardigen en uitlezen van DNA is voor verbetering vatbaar en bovendien nog veel te duur en langzaam. Maar de ontwikkelingen op dit gebied gaan snel.

En het stopt niet bij opslag. DNA is ook te gebruiken als een computer. Computers werken met stroom en bewerkingen op rijen nullen en enen. Een DNA-computer werkt met chemische reacties die bewerkingen op rijen A’s, C’s, G’s en T’s uitvoeren. Niet alleen is een DNA-computer klein en energiezuinig, hij kan ook enorm veel berekeningen parallel uitvoeren omdat hij kan rekenen met triljoenen DNA-moleculen tegelijkertijd. Daarmee verslaat de ultieme DNA-computer alle huidige supercomputers met twee vingers in de neus.

Een dergelijke computer is nog niet snel in de winkel te vinden, want ook hier moet nog heel wat werk worden verzet. Maar in een van de experimenten lukte het al om de DNA-computer een spelletje drie-op-een-rij te laten spelen. Het begin is er.

Gepubliceerd in dagblad Trouw op 14 november 2018

Ylva Poelman alias De Bionische Vrouw
Ynnovator www.ynnovator.nl
T: 06 - 22 79 71 84